Управление квазистатической ходьбой экзоскелета на основе экспертной системы
Ключевые слова:
экзоскелет нижних конечностей, экспертная система, пространственный многозвенный механизм, центр масс, система управления, устойчивость, опорная площадка, область вертикального равновесияАннотация
В статье рассматриваются экспертная система и алгоритм управления квазистатической ходьбой экзоскелета, гарантирующие устойчивость устройства в вертикальном положении; на их основе проводится математическое моделирование движения объекта. В работе предложена расчетная схема устройства в виде одиннадцатизвенного механизма, звенья которого соединены между собой однокоординатными цилиндрическими шарнирами, описано движение экзоскелета в сагиттальной и фронтальной плоскостях, определено положение центра масс, координаты которого изменяются в зависимости от положения ног и корпуса. Разработаны логические правила, образующие экспертную систему и обеспечивающие устойчивую походку экзоскелета за счет расположения его центра масс внутри опорной площадки. Получены результаты численного моделирования шага системы на специально разработанном виртуальном симуляторе.Литература
1. Алексеева Л.А., Голубев Ю.Ф. Модель динамики шагающего аппарата //Изв. АН СССР, Техническая кибернетика. 1975. № 3.С. 72—80.
2. Белецкий В.В. Динамика двуногой ходьбы. // Изв. АН СССР. МТТ. 1975. № 3.С. 3—14; № 4.С. 3—13.
3. Васенин В.А., Велерштейн Р.А., Формальский А.М. Передвижение антропоморфных механизмов при импульсных воздействиях.// Динамика управляемых систем. Новосибирск: Наука, 1979.С. 53—71.
4. Александров А.М., Зацепин М.Ф., Тубеев Ш.X. Управление корпусом двуногого шагающего аппарата в фазе опоры на одну ногу. // В кн.: Труды Московского энергетического института, вып. 331. М.: МЭИ, 1977.С. 93—96.
5. Raibert M.H., 1986. Legged robots that balance. MIT press.
6. Vukobratovic M., Juricic D. Contribution to the synthesis of biped gait. // IEEE Trans. Biomed. Eng. 1.1969. pp. 1-6.
7. Лавровский Э.К., Письменная Е.В. О регулярной ходьбе экзоскелетона нижних конечностей при дефиците управляющих воздействий // Российский журнал биомеханики. 2014. Т. 18. №. 2. С. 208-225.
8. Павловский В.Е., Шелике А.Г. Нейросетевые системы локализации для андроидного робота // Препринты ИПМ им. М.В.Келдыша. 2012. № 84. 16 с. URL: http://library.keldysh.ru/preprint.asp?id=2012-84. (дата обращения: 26.10.2013).
9. Ковальчук А.К., Кулаков Д.Б., Семенов С.Е. Формирование упрощенной траектории движения двуногого шагающего робота //Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2011. №. 3.
10. Алексеев Р.А. Разработка алгоритма ходьбы двуногого робота //Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2006. №. 28.
11. Beranek R., Ahmadi M.A. Learning behavior based controller formaintaining balance in robotic locomotion // Intell. Robot. Syst. 2016 no.82. pp. 189-205.
12. Khusainov R., Afanasyev I., Magid E. Anthropomorphic robot modelling with virtual height inverted pendulum approach in Simulink: step length and robot height influence on walking stability // Int. Conf. on Artificial ALife and Robotics. 2016.
13. Costa e Silva E., Costa M. F., Erlhagen W., Bicho E. Global vs. local nonlinear optimization techniques for human-like movement of an anthropomorphic robot //AIP Conference Proceedings. 2015. Vol. 1648. No. №. 1. P. 140004.
14. Khusainov R., Shimchik I., Afanasyev I., Magid E. Toward a human-like locomotion: modelling dynamically stable locomotion of an anthropomorphic robot in simulink environment // IEEE International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics. 2015. Vol. 2. P. 141-148.
15. Sugihara T., Nakamura Y., Inoue H. Real-time humanoid motion generation through ZMP manipulation based on inverted pendulum control // IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2002. pp.1404-1409.
16. Jatsun S. F., Vorochaeva L. Yu., Yatsun A.S., Savin S.I. The modeling of the standing-up process of the anthropomorphic mechanism. // Assistive robotics: proceedings of the 18th International Conference on CLAWAR 2015. 2015. pp. 175-182.
17. Jatsun S.F., Savin S.I., Yatsun A.S. Parameter Optimization for Exoskeleton Control System Using Sobol Sequences. // ROMANSY 21 - Robot Design, Dynamics and Control, Proceedings of the 21st CISM-IFToMM Symposium. Udine, Italy.2016. pp. 361-368.
18. Jatsun, S., Savin, S., Yatsun, A. and Gaponov, I. Study on a Two-Staged Control of a Lower-Limb Exoskeleton Performing Standing-Up Motion from a Chair. // Robot Intelligence Technology and Applications. 2016. no. 4. pp. 113-122.
19. Jatsun S., Savin S., Bezmen P. Modelling of exoskeleton movement in verticalization process // International Conference on Pure Mathematics - Applied Mathematics (PM-AM 2015), Vienna, Austria. 2015. pp. 83-87.
20. Яцун С.Ф., Ворочаева Л.Ю., Яцун А.С., Мальчиков А.В., Тарасов О.С., Климов Г.В. Экзоскелеты: управление движением экзоскелета нижних конечностей при ходьбе // Юго-Зап. гос. ун-т: монография. Курск. 2016. 185 с.
2. Белецкий В.В. Динамика двуногой ходьбы. // Изв. АН СССР. МТТ. 1975. № 3.С. 3—14; № 4.С. 3—13.
3. Васенин В.А., Велерштейн Р.А., Формальский А.М. Передвижение антропоморфных механизмов при импульсных воздействиях.// Динамика управляемых систем. Новосибирск: Наука, 1979.С. 53—71.
4. Александров А.М., Зацепин М.Ф., Тубеев Ш.X. Управление корпусом двуногого шагающего аппарата в фазе опоры на одну ногу. // В кн.: Труды Московского энергетического института, вып. 331. М.: МЭИ, 1977.С. 93—96.
5. Raibert M.H., 1986. Legged robots that balance. MIT press.
6. Vukobratovic M., Juricic D. Contribution to the synthesis of biped gait. // IEEE Trans. Biomed. Eng. 1.1969. pp. 1-6.
7. Лавровский Э.К., Письменная Е.В. О регулярной ходьбе экзоскелетона нижних конечностей при дефиците управляющих воздействий // Российский журнал биомеханики. 2014. Т. 18. №. 2. С. 208-225.
8. Павловский В.Е., Шелике А.Г. Нейросетевые системы локализации для андроидного робота // Препринты ИПМ им. М.В.Келдыша. 2012. № 84. 16 с. URL: http://library.keldysh.ru/preprint.asp?id=2012-84. (дата обращения: 26.10.2013).
9. Ковальчук А.К., Кулаков Д.Б., Семенов С.Е. Формирование упрощенной траектории движения двуногого шагающего робота //Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2011. №. 3.
10. Алексеев Р.А. Разработка алгоритма ходьбы двуногого робота //Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2006. №. 28.
11. Beranek R., Ahmadi M.A. Learning behavior based controller formaintaining balance in robotic locomotion // Intell. Robot. Syst. 2016 no.82. pp. 189-205.
12. Khusainov R., Afanasyev I., Magid E. Anthropomorphic robot modelling with virtual height inverted pendulum approach in Simulink: step length and robot height influence on walking stability // Int. Conf. on Artificial ALife and Robotics. 2016.
13. Costa e Silva E., Costa M. F., Erlhagen W., Bicho E. Global vs. local nonlinear optimization techniques for human-like movement of an anthropomorphic robot //AIP Conference Proceedings. 2015. Vol. 1648. No. №. 1. P. 140004.
14. Khusainov R., Shimchik I., Afanasyev I., Magid E. Toward a human-like locomotion: modelling dynamically stable locomotion of an anthropomorphic robot in simulink environment // IEEE International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics. 2015. Vol. 2. P. 141-148.
15. Sugihara T., Nakamura Y., Inoue H. Real-time humanoid motion generation through ZMP manipulation based on inverted pendulum control // IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2002. pp.1404-1409.
16. Jatsun S. F., Vorochaeva L. Yu., Yatsun A.S., Savin S.I. The modeling of the standing-up process of the anthropomorphic mechanism. // Assistive robotics: proceedings of the 18th International Conference on CLAWAR 2015. 2015. pp. 175-182.
17. Jatsun S.F., Savin S.I., Yatsun A.S. Parameter Optimization for Exoskeleton Control System Using Sobol Sequences. // ROMANSY 21 - Robot Design, Dynamics and Control, Proceedings of the 21st CISM-IFToMM Symposium. Udine, Italy.2016. pp. 361-368.
18. Jatsun, S., Savin, S., Yatsun, A. and Gaponov, I. Study on a Two-Staged Control of a Lower-Limb Exoskeleton Performing Standing-Up Motion from a Chair. // Robot Intelligence Technology and Applications. 2016. no. 4. pp. 113-122.
19. Jatsun S., Savin S., Bezmen P. Modelling of exoskeleton movement in verticalization process // International Conference on Pure Mathematics - Applied Mathematics (PM-AM 2015), Vienna, Austria. 2015. pp. 83-87.
20. Яцун С.Ф., Ворочаева Л.Ю., Яцун А.С., Мальчиков А.В., Тарасов О.С., Климов Г.В. Экзоскелеты: управление движением экзоскелета нижних конечностей при ходьбе // Юго-Зап. гос. ун-т: монография. Курск. 2016. 185 с.
Опубликован
2017-05-31
Как цитировать
Ворочаева, Л. Ю., Яцун, А. С., & Яцун, С. Ф. (2017). Управление квазистатической ходьбой экзоскелета на основе экспертной системы. Труды СПИИРАН, 3(52), 70-94. https://doi.org/10.15622/sp.52.4
Раздел
Методы управления и обработки информации
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями:
Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу (Смотри The Effect of Open Access).
