Управление динамикой антропоидного экзо-устройства с пятью звеньями

Проблемы управления антропоидными системами, содержащими большое количество шарнирно соединенных абсолютно твердых звеньев, для своего решения требуют создания методов математического моделирования робототехнических систем твердых тел, изменяющих свою геометрию под действием внутренних усилий. Целью исследования является создание пространственной управляемой модели экзоустройства, близкой по подвижности к опорно-двигательному аппарату человека и проведение ее численного исследования. Методами исследования являлись методы математического моделирования динамики механических систем уравнениями Лагранжа второго рода, их численного решения. Исследуется динамика 3D-модели антропоидного экзоустройства, состоящего из пяти абсолютно твердых управляемых звеньев с шарнирными соединениями. Модель отличается от ранее рассмотренных ограничениями подвижности в шарнирах, соответствующим двигательным возможностям реального опорно-двигательного аппарата чело-века. Углы в модели отсчитываются не от вертикали или горизонтали, как принято их вводить в работах по моделированию антропоморфных механизмов, а между осями локальных систем координат, совпадающими со звеньями, что приближает модель к реальному прототипу, в котором изменяются углы между звеньями. Управляющие моменты, действующие в шарнирах, реализуют движения, соответствующие опорно-двигательному аппарату человека. Динамика системы описывается уравнениями Лагранжа второго рода, со-ставленными с использованием локальных систем координат и матриц поворота. Управляющие моменты, обеспечивающие необходимые свойства движения, определяются методами решения обратных задач динамики. В результате решения обратной задачи динамики, установлено, что в опорной ноге в фазах отталкивания и торможения возникают кратковременные значительные величины управляющих моментов, поэтому необходимы электрические приводы, используемые для управления, способные создавать кратковременных импульсный значительный крутящий момент. Вычисленные затраты энергии являются значительными. Следовательно, необходимы автономные источники энергии с большой емкостью при минимальной массе, чтобы не оказывать существенного влияния на динамику антропоидной системы. Результаты могут быть использованы при разработке экзоскелетов, антропоморфных роботов, скафандров, манипуляторов.