Верейкин Александр Александрович

С. 82-102

Поставлена задача синтеза кинематической схемы исполнительного механизма экзоскелета, определены типовые движения, которые должен выполнять человек-оператор. Представлены результаты анализа основных суставов нижних и верхних конечностей человека, включающие в себя диапазоны изменения их обобщённых координат. Анализ проведён на основе специализированной литературы и модели человека в программном комплексе CATIA. Обнаружены существенные недостатки используемой в данном программном комплексе модели человека. Это приводит к выводу о необходимости создания прототипа экзоскелета, который позволит оценить выбранную кинематическую схему. Сделан вывод о целесообразности использования для анализа биомеханики человека специального программного обеспечения.

Проанализированы существующие системы управления шагающими роботами, выделены и описаны характерные особенности данных систем. Приведена их классификация, в основе которой лежат способы взаимодействия человек-машина и способы осуществления вычислений. Отмечены основные достоинства операционных систем реального времени для управления шагающими роботами. В качестве основы системы управления рассмотрены программы адаптивного управления и системы узконаправленного искусственного интеллекта. На основе анализа литературных источников была выбрана архитектура сети распределённых вычислений, которую предлагается построить на основе архитектур “звезда” и “каждый с каждым”. Приведены предполагаемые преимущества и недостатки выбранной архитектуры. Намечены направления последующей научно-исследовательской деятельности, направленной на создание экзоскелета.

Предложена новая концепция исполнительного механизма экзоскелета капсульного типа, обеспечивающего восприятие внешних нагрузок и возможность защиты человека-оператора от внешних недетерминированных воздействий. Показана схема размещения основных узлов экзоскелета, обеспечивающая выполнение оператором типовых движений в соответствии с принципом одно движение оператора – одно движение экзоскелета. Обосновано применение в конструкции исполнительного механизма цилиндрических шарниров с виртуальными осями поворота, совпадающими с осями поворота соответствующих сочленений человека. Проработана принципиальная схема соединения исполнительных двигателей с экзоскелетом. Показаны достоинства и недостатки предлагаемых решений. Представлен предварительный вариант экзоскелета нижних конечностей, согласующийся с предложенной концепцией.

С. 256-278

Предложен метод проектирования древовидных исполнительных механизмов (ИМ) шагающих роботов (ШР), основанный на совместном использовании алгоритма восстановления кинематической схемы биологического прототипа (человека или позвоночных животных) по фотографическим изображениям их скелетов, теории графов и теории матриц (4х4). Метод позволяет в автоматизированном режиме получать множество вариантов искомой кинематической структуры, предоставляя разработчику право выбора оптимального. На примерах расчёта кинематических структур ИМ конкретных ШР (робота-собаки, робота-краба, антропоморфного шагающего робота) показана эффективность применения предлагаемого метода. Представлены уравнения динамики древовидного ИМ и специально разработанная в среде MATLAB программа для его исследования. Они учитывают влияние действующих на ИМ внешних сил и моментов, а также позволяют вычислять силы и моменты от наложенных внешних связей, возникающие в точках его контакта с опорной поверхностью.

С. 72-93

В настоящей статье рассмотрена кинематическая схема исполнительного механизма робота-треножника, биологический прототип которого в природе отсутствует. При описании кинематики и динамики исполнительного механизма робота использовался ранее предложенный авторами метод, основанный на совместном использовании матриц (4х4) и теории графов. Представлены результаты исследования кинематики и динамики исполнительного механизма робота, выполненного с помощью разработанной в программном комплексе MATLAB программы. Получены значения моментов и мощностей в степенях подвижности робота, а также численные значения элементов матриц, входящих в уравнение динамики робота. Предложенная в работе древовидная структура исполнительного механизма робота-треножника, результаты исследования его кинематики и динамики, а также программа моделирования произвольных древовидных исполнительных механизмов в системе MATLAB, являются эффективными средствами, позволяющими сократить сроки проектирования шагающих роботов.

В процессе работы проведён обзор существующих на сегодняшний день конструкций экзоскелетов, также был показан процесс синтеза кинематической структуры исполнительного механизма экзоскелета, были выявлены некоторые характерные требования, предъявляемые к гидроцилиндрам в частности и гидроприводам в целом в робототехнике, а также показан процесс оптимизации гидроцилиндра с дифференциальным поршнем по критерию минимального веса.