10.14489/hb.2024.09.pp.022-033

2024, 09 сентябрь (September)

DOI: 10.14489/hb.2024.09.pp.022-033

Труханов К. А.
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ГИДРОПРИВОДЕ КОЛЕННОГО МОДУЛЯ
(c. 22-33)

Аннотация. В настоящее время развитие техники и технологии позволяет людям с ограниченными возможностями, перенесшим ампутацию нижней конечности, продолжить активную жизнь, несмотря на ее потерю. Правильный выбор и настройка параметров механизма для компенсации утраченных возможностей людей, перенесших ампутацию, влияют на качество их жизни. Для определения параметров механизмов необходимо провести расчет или эксперимент. Использование математической модели и компьютерного моделирования позволяет не проводить дорогостоящие и затратные как по времени, так и средствам физические эксперименты. Отсюда следует актуальность и востребованность темы данной работы, направленной в конечном счете на создание оптимальной конструкции коленного модуля с сервоцилиндром. В статье приведены известные наиболее широко применяющиеся функциональные гидравлические схемы зарубежных аналогов гидропривода коленного модуля. Даны их описания и принцип работы, а также сравниваются известные конструкции гидроприводов коленного модуля. Представлена созданная математическая модель гидропривода коленного модуля и его конструкция. Получены и приведены переходные процессы сгибания/разгибания коленного модуля и дана их оценка. К научной новизне работы следует отнести созданную математическую модель для исследования функций движения человека с утраченной нижней конечностью, при помощи которой разработана конструкция российского аналога сервоцилиндра коленного модуля, а также произведено сравнение российского аналога сервоцилиндра коленного модуля с западными существующими аналогами коленных модулей.

Ключевые слова: модуль коленный; сервоцилиндр; процесс переходный; модель математическая; гидропривод модуля коленного; схема функциональная гидравлическая.

Trukhanov K. A.
MATHEMATICAL MODEL AND TRANSIENT PROCESSES IN THE HYDRAULIC DRIVE OF THE KNEE MODULE
(pp. 22-33)

Abstract. Currently, the development of equipment and technology allows people with disabilities who have undergone lower limb amputation to continue an active life, despite its loss. The correct selection and adjustment of mechanism parameters to compensate for the lost capabilities of people who have undergone amputation affect their quality of life. To determine the parameters of the mechanisms, it is necessary to carry out a calculation or experiment. The use of a mathematical model and computer simulation makes it possible not to conduct expensive and time-consuming physical experiments. Hence the relevance and relevance of the topic of this work, aimed ultimately at creating an optimal design of a knee module with a servo cylinder. The article presents the wellknown, most widely used functional hydraulic diagrams of foreign analogues of the knee module hydraulic drive. Their detailed descriptions and operating principles are indicated. The known designs of hydraulic drives of the knee module are compared. The created mathematical model of the hydraulic drive of the knee module and its created design are presented.

Keywords: Knee module; Servo cylinder; Transient process; Mathematical model; Hydraulic drive of the knee module; Functional hydraulic diagram.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

К. А. Труханов (Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана, Москва, Россия) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

Eng

K. A. Trukhanov (Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Труханов К. А., Прокопенко Р. А. Анализ кинематики коленного модуля с гидравлическим исполнительным механизмом и сопоставление результатов расчета с поведением коленного сустава человека при ходьбе // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2014. №11. С.52-71. DOI 10.7463/1114.0736399
2. Труханов К. А. Динамика пневмопривода. Цикл лекций. «Математическая модель следящего пневмопривода» // Справочник. Инженерный журнал с приложением. Приложение. 2022. № 7. С. 1 – 19. DOI 10.14489/hb.supp.2022.07.pp.001-019
3. Борисов И. И., Колюбин С. А. Имитационное моделирование мехатронных систем. СПб.: Университет ИТМО, 2020. 103 с.
4. Julius Thiele, Bettina Westebbe, Malte Bellmann, Marc Kraft Designs and performance of microprocessorcontrolled knee joints // Biomed.Eng.-.Biomed.Tech. 2019; 64(1): 119-126
5. Попов Д. Н. Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем: Учебник для вузов. 2 е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1987. 464 с.
6. Данилов Ю. А., Кирилловский Ю. Л., Колпаков Ю. Г. Аппаратура объемных гидроприводов: Рабочие процессы и характеристики. М.: Машиностроение, 1990. 272 с.

Eng

1. Trukhanov K. A., Prokopenko R. A. (2014). Analysis of the kinematics of the knee module with a hydraulic actuator and comparison of the calculation results with the behavior of the human knee joint when walking. Nauka i Obrazovanie. MGTU im. N.E. Baumana. Elektronniy zhurnal, (11), 52 – 71. [in Russian language] DOI: 10.7463/1114.0736399
2. Trukhanov K. A., (2022). Dynamics of pneumatic drive. Lecture cycle. Mathematical model of the servo pneumatic actuator. Spravochnik. Inzhenerniy zhurnal sprilozheniem. Prilozhenie, (7), 1 – 19. [in Russian language] DOI: 10.14489/hb.supp.2022.07.pp.001-019
3. Borisov I. I., Kolyubin S. A. (2020). Simulation modeling of mechatronic systems. Saint Petersburg: Universitet ITMO. [in Russian language]
4. Julius Thiele, Bettina Westebbe, Malte Bellmann, Marc Kraft (2019). Designs and performance of microprocessorcontrolled knee joints. Biomedical Engineering / Biomedizinische Technik, 64(1): 119-126.
5. Popov D. N. (1987). Dynamics and regulation of hydraulic and pneumatic systems: Textbook for universities. 2nd ed. Moscow: Mashinostroenie. [in Russian language]
6. Danilov Yu. A., Kirillovskiy Yu. L., Kolpakov Yu. G. (1990). Equipment of volumetric hydraulic drives: Working processes and characteristics. Moscow: Mashinostroenie. [in Russian language]

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 500 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.

После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.

Для заказа скопируйте doi статьи:

10.14489/hb.2024.09.pp.022-033

и заполните форму

Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 500 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.

After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.

To order articles please copy the article doi:

10.14489/hb.2024.09.pp.022-033

and fill out the form