Условия реализуемости движения активного экзоскелета без отрыва и проскальзывания точек контакта с опорной поверхностью
Гарсия Р.Б., Сайпулаев Г.Р., Сайпулаев М.Р., Астахов С.В., Ниналалов И.Г., Диб Д., Салимов М.С.
Национальный исследовательский университет «МЭИ», Москва
Ключевые слова: экзоскелет, математическая модель, контактное трение, динамика, численное моделирование.
Аннотация. В рамках данной работы ставится задача нахождения условий реализуемости движений экзоскелета на основе его математической модели при симметричном движении ног. Используется конструкция экзоскелета с равными длинами звеньев. С помощью формализма Лагранжа построена математическая модель движения экзоскелета. Из условий движения стопы экзоскелета без отрыва и проскальзывания получены выражения для сил и момента трения, а также нормальной реакции опоры. На основе физических ограничений для силы и момента трения, а также условия положительной определенности нормальной реакции, получены условия реализуемости движения. Проведено численное моделирование стабилизации вертикального положения экзоскелета, по результатам которого получены оценки требуемых параметров системы: коэффициента трения скольжения стопы об опорную поверхность и половины длины стопы. Полученные условия реализуемости движения позволяют сформировать ограничения на управляющие воздействия, выполнение которых необходимо для движения реальных экзоскелетов без отрыва и проскальзывания.
Development of control algorithms for the active human exoskeleton
Garcia R.B., Saypulaev G.R., Saypulaev M.R., Astakhov S.V., Ninalalov I.G., Deeb D., Salimov M.S.
National Research University “Moscow Power Engineering Institute”, Moscow
Keywords: exoskeleton, mathematical model, optimal control, dynamics, stabilization, numerical simulation.
Abstract. In this paper, we consider the task of finding the conditions for the feasibility of exoskeleton movements based on its mathematical model with symmetrical leg movement. The design of the exoskeleton with equal lengths of links is used. Using the Lagrange formalism, a mathematical model of the exoskeleton motion is constructed. Expressions are obtained for the force and moment of friction, as well as the normal reaction of the support from the conditions of movement of the exoskeleton foot without separation and slippage. On the basis of physical restrictions for the force and moment of friction, as well as the condition of positive definiteness of the normal reaction, the conditions for the feasibility of motion are obtained. Numerical modeling of the stabilization of the vertical position of the exoskeleton was carried out. Based on the simulation results, estimates of the required parameters of the system were obtained: the coefficient of sliding friction of the foot on the supporting surface and half the length of the foot. The obtained conditions for the feasibility of movement make it possible to form restrictions on control actions, the fulfillment of which is necessary for the movement of real exoskeletons without separation and slippage.