Mathematical modeling and human gait recovering with electromechanical exoskeleton

Abstract

Побудовано математичну модель для динамічного аналізу та відновлення ходи людини за допомогою електромеханічного екзоскелета. Опорно-руховий апарат людини змодельовано плоскою системо дев'яти твердих тіл, екзоскелет -парою триланкових шарнірних важелів, закріплених на нижніх кінцівках. Керування екзоскелетом відбувається за допомогою електромеханічних приводів: електрична напруга, яку подано на вхід електродвигунів, забезпечує формування необхідних зусиль у шарнірах системи. За припущення, що рівень м'язових сил в основних суглобах (тазостегновому, колінному, гомілковостопному) ніг людини є малим і недостатнім для виконання локомоторних функцій, сформульовано задачу пошуку таких керувань екзоскелета, які забезпечать антропоморфність руху біотехнічної системи. Розроблено алгоритм наближеного розв'язання задачі, який ґрунтується на процедурах параметризації узагальнених координат механічної системи сімейством кубічних згладжувальних сплайнів, концепції обернених задач динаміки та числових методах нелінійного програмування. Ключові слова: хода людини, електромеханічний екзоскелет, математичне моделювання, оптимальне керування, сплайн-апроксимація, параметрична оптимізація, нелінійне програмування.