10.14489/hb.2018.01.pp.025-031

2018, 01 январь (January)

DOI: 10.14489/hb.2018.01.pp.025-031

Борисов А. В., Розенблат Г. М.
АВТОМАТИЗАЦИЯ РАЗРАБОТКИ ЭКЗОСКЕЛЕТОВ И АНТРОПОМОРФНЫХ РОБОТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕКУРРЕНТНОГО МЕТОДА СОСТАВЛЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ ДВИЖЕНИЯ
(c. 25-31)

Аннотация. Предложен новый метод составления системы дифференциальных уравнений движения для механических систем типа экзоскелета и антропоморфного робота со звеньями переменной длины. Описывается модель звена переменной длины, составляются дифференциальные уравнения движения для модели с одним и двумя звеньями. На основе анализа уравнений приводятся их обобщения и выводится рекуррентный метод. Новый рекуррентный метод составления дифференциальных уравнений движения позволяет значительно сократить трудоемкость и временные затраты, автоматизировать проектирование моделей экзоскелетов и антропоморфных роботов. Проводится сопоставление времени работы предложенного рекуррентного метода с уравнениями Лагранжа второго рода. Новизна подхода и отличие от других работ заключается в учете изменения длин звеньев экзоскелета и антропоморфного робота. Приводится численный пример с решением полученной системы дифференциальных уравнений движения для модели с пятью подвижными звеньями антропоморфной структуры. Решается задача об определении углов поворота, угловых скоростей, угловых ускорений звеньев и координат центра масс с заданным управлением и изменением длин звеньев. Актуальность исследования заключается в возможности восстановления при помощи экзоскелета двигательных функций человека на основании эмпирического решения обратной задачи динамики и создании робота-аватара.

Ключевые слова: рекуррентный метод; экзоскелет; антропоморфный робот; звенья переменной длины; шарниры-суставы; дифференциальные уравнения движения; управление; численное решение.

Borisov A. V., Rozenblat G. M.
AUTOMATION OF DEVELOPMENT OF EXOSCELLETS AND ANTHROPOMORPHOUS ROBOTS WITH THE USE OF THE RECURRENT METHOD OF COMPOSITION OF DIFFERENTIAL EQUATIONS OF MOTION
(pp. 25-31)

Abstract. A new method of constructing a system of differential equations of motion for mechanical systems such as exoskeleton and an anthropomorphic robot with links of variable length is proposed. A model of a variable-length link is described, and differential equations of motion are constructed for a model with one and two links. Then, based on the analysis of the equations, their generalizations are given, and a recursive method is derived. A new recurrent method for constructing differential equations of motion makes it possible to significantly reduce labor intensity and time costs, automate the design of models of exoskeletons and anthropomorphic robots. A comparison of the work time, the proposed recurrence method with Lagrange equations of the second kind is carried out. The novelty of the approach and the difference from other works consists in taking into account the changes in the lengths of the links of the exoskeleton and the anthropomorphic robot. A numerical example is given with the solution of the obtained system of differential equations of motion for a model with five moving links of an anthropomorphic structure. The problem of determining the angles of rotation, angular velocities, angular accelerations of the links and the coordinates of the center of mass with a given control and change in the lengths of the links is solved. The relevance of the research lies in the possibility of recovery using the exoskeleton of human motor functions on the basis of an empirical solution to the inverse problem of dynamics and the creation of a robot avatar.

Keywords: Recurrent method; Exoskeleton; Anthropomorphic robot; Links of variable length; Joint-joints; Differential equations of motion; Control; Numerical solution.

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

Рус

А. В. Борисов (Филиал ФГБОУ ВО НИУ «МЭИ», Смоленск, Россия) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
Г. М. Розенблат (Московский автомобильно-дорожный институт, Москва, Россия)

Eng

A. V. Borisov (The Branch of National Research University “Moscow Power Engineering Institute”, Smolensk, Russia) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
G. M. Rozenblat (Moscow Automobile and Road Construction State Technical University, Moscow, Russia)

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Погорелов Д. Ю. Современные алгоритмы компьютерного синтеза уравнений движения систем тел // Известия РАН. Теория и системы управления. 2005. № 4. С. 5 – 15.
2. Голубев Ю. Ф. Функция Аппеля в динамике систем твердых тел // Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша. 2014. № 58. 16 с. URL: http://library.keldysh.ru/preprint. asp?id=2014-58.
3. Борисов А. В. Динамика эндо- и экзоскелета. Смоленск: Смоленская городская типография, 2012. 296 с.
4. Чигарев А. В., Борисов А. В. Моделирование движения антропоморфного робота на плоскости с использованием пакета Мathematica // Информатика. 2013. № 2. С. 5 – 10.
5. Лавровский Э. К., Письменная Е. В. Алгоритмы управления экзоскелетоном нижних конечностей в режиме одноопорной ходьбы по ровной и ступенчатой поверхностям // Мехатроника. Автоматизация. Управление. 2014. № 1. С. 44 – 51.
6. Лапшин В. В. Механика и управление движением шагающих машин. М.: МГТУ, 2012. 200 с.
7. Павловский В. Е. О разработках шагающих машин // Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша. 2013. № 101. 32 с. URL: http://keldysh.ru/papers/2013/prep2013_ 101.pdf.

Eng

1. Pogorelov D. Iu. (2005). Modern algorithms for computer synthesis of motion equations of the systems of bodies. Izvestiia RAN. Teoriia i sistemy upravleniia, (4), pp. 5-15. [in Russian language]
2. Golubev Iu. F. (2014). Appeal's function in the dynamics of the solids systems. Preprints of IPM named after M. V. Keldysh, (58). Available at: http://library.keldysh.ru/preprint. asp?id=2014-58. [in Russian language]
3. Borisov A. V. (2012). Dynamics of the endo- and exoskeleton. Smolensk: Smolenskaia gorodskaia tipografiia. [in Russian language]
4. Chigarev A. V., Borisov A. V. (2013). Modeling the movement of anthropomorphic robot on a plane using Мathematica software. Informatika, (2), pp. 5-10. [in Russian language]
5. Lavrovskii E. K., Pis'mennaia E. V. (2014). Algorithms for controlling the exoskeleton of the lower extremities in the regime of single-bearing walking along the flat and stepped surfaces. Mekhatronika. Avtomatizatsiia. Upravlenie, (1), pp. 44-51. [in Russian language]
6. Lapshin V. V. (2012). Mechanics and motion control of walking machines. Moscow: MGTU. [in Russian language]
7. Pavlovskii V. E. (2013). Development of walking machines. Preprints of IPM named after M. V. Keldysh, (101). Available at: http://keldysh.ru/papers/2013/prep2013_101.pdf. [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 350 руб. (в том числе НДС 18%). 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.2018.01.pp.025-031

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 350 rubles. (including VAT 18%). 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.2018.01.pp.025-031

and fill out the form