Зельцер Александр Геннадьевич

В статье представлены комплексные меры по решению проблемы взаимодействия оператора активного экзоскелета с бортовой аппаратурой, а также рассмотрена концепция обеспечения безопасности. Для реализации поставленных проблем взаимодействия оператора с исполнительным механизмом экзоскелета выбраны два основных способа: первый основан на использовании тензодатчиков, второй связан с понятием биотоков. Освещены основные преимущества и недостатки предложенных способов.Рассмотрена система пилотирования экзоскелета на основе принципа электродистанционной системы управления, а также с помощью снятия потенциалов нейронов периферической нервной системы. Выявлены основные сложности в выполнении способов человеко-машинного взаимодействия и предложены варианты их решения. В качестве усовершенствования системы безопасности рассмотрены пути улучшения бронежилета. Для повышения эффективности бронепластины предложен вариант вставки специальных демпфирующих материалов. Рассмотрен вариант исключения фактора выхода из строя системы управления.

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.