МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ЭКЗОСКЕЛЕТА СИСТЕМОЙ ТРЕХ ЗВЕНЬЕВ ПЕРЕМЕННОЙ ДЛИНЫ С РЕГУЛИРУЕМОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ

В статье предложена пространственная модель экзоскелета для опорно-двигательного аппарата человека, представленная тремя подвижными звеньями переменной длины и двумя точечными массами. Управление жесткостью звеньев осуществляется изменением напряжения, подаваемого на магнитно-реологическую жидкость, заполняющую участки переменной длины. Модель можно использовать для разработки комфортабельных экзоскелетов, кинематические характеристики которых близких к кинематическим характеристикам опорно-двигательного аппарата человека. Уравнения динамики модели составляются с использованием локальных систем координат. Требуемые законы изменения обобщенных координат задаются уравнениями программных связей, определяющих зависимость дифференцируемых периодических функций от времени. Управляющие моменты и продольные силы определяются методами решения обратных задач динамики и реализуются изменением напряженностей магнитных полей, влияющих на изменение жесткости магнитно-реологической жидкости. Управляющие жесткостью звена напряженности магнитных полей реализуются ступенчатыми функциями. Синтезирована анимация движения механизма, показывающая адекватность предложенной процедуры моделирования. Соединения звеньев моделируются шарнирами и двигателями, реализующими необходимое вращательное движение. Управление динамикой модели осуществляется изменением длин звеньев и углов между звеньями.

The article proposes a spatial model of an exoskeleton for the human musculoskeletal system, represented by three movable links of variable length and two-point masses. The stiffness of the links is controlled by changing the voltage supplied to the magnetic rheological fluid, which fills sections of variable length. The model can be used to develop comfortable exoskeletons, the kinematic characteristics of which are close to the kinematic characteristics of the human musculoskeletal system. The model dynamics equations are constructed using local coordinate systems. The required laws of change of generalized coordinates are specified by the equations of program connections that determine the dependence of differentiable periodic functions on time. Control moments and longitudinal forces are determined by methods of solving inverse dynamics problems and are realized by changing the magnetic field strengths, which affect the change in the stiffness of the magnetic-rheological fluid. The magnetic field strengths that control the stiffness of the link are implemented by step functions. An animation of the movement of the mechanism has been synthesized, showing the adequacy of the proposed modeling procedure. The connections of the links are modeled by joints and motors that implement the necessary rotational motion. The dynamics of the model is controlled by changing the lengths of the links and the angles between the links.