УЧЕТ ТРЕНИЯ ПРИ РЕШЕНИИ ПРЯМОЙ И ОБРАТНОЙ ЗАДАЧ ДИНАМИКИ УПРАВЛЯЕМОГО ЭКЗОСКЕЛЕТА

Рассматривается влияние трения на динамику экзоскелета, содержащего звенья, изменяющие свою длину. С целью изучения воздействия сил трения в шарнирах на динамику антропоида составлена система уравнений движения Лагранжа второго рода. Записанные дифференциальные уравнения движения экзоскелета учитывают явление трения в шарнирах. Для проведения численного анализа применялась экспериментальная информация о человеке и его локомоциях. Обобщенные координаты, описывающие изменение расстояний между осями вращения в шарнирах, то есть длин звеньев, описываются экспериментальными данными. Обобщенные координаты, определяющие углы в шарнирах между звеньями определяются путем численного решения задачи Коши для составленной системы дифференциальных уравнений. Управлением в рассматриваемой антропоидной системе являются моменты, прикладываемые в шарнирах. Они определяются экспериментально и являются известными зависимостями. Силы, которые действуют вдоль звеньев, определяются путем решения системы дифференциальных уравнений движения. В моделировании антропоидных систем, метод решения, используемый в статье, называется методом заданной синергии. В результате проведенного исследования выяснено, что для антропоидных механизмов учет трения в шарнирах не компенсируется линейным усилением управляющих воздействий. Управляющие моменты в шарнирах необходимо вычислять с учетом трения, чтобы синтезировать антропоидную ходьбу. Следовательно, при выборе конструкции экзоскелета необходима модель с трением в шарнирах-суставах примерно такого же значения, как и в суставах опорно- двигательного аппарата человека, для того, чтобы экзоскелет, обеспечивал комфортабельные передвижения человека в нем и управлялся с помощью усиления импульсов человека.

The influence of friction on the dynamics of an exoskeleton containing links changing their length is considered. In order to study the effect of friction forces in the hinges on the dynamics of the anthropoid, a system of Lagrange equations of motion of the second kind is compiled. The recorded differential equations of motion of the exoskeleton take into account the phenomenon of friction in the hinges. Experimental information about a person and his locomotion was used to carry out numerical analysis. Generalized coordinates describing the change in the distances between the axes of rotation in the hinges, that is, the lengths of the links, are described by experimental data. Generalized coordinates defining the angles in the hinges between the links are determined by numerically solving the Cauchy problem for the compiled system of differential equations. The control in the anthropoid system under consideration is the moments applied in the hinges. They are determined experimentally and are known dependencies. The forces that act along the links are determined by solving the system of differential equations of motion. In modeling anthropoid systems, the solution method used in the article is called the method of specified synergy. As a result of the conducted research it was found out that for anthropoid mechanisms the consideration of friction in the hinges is not compensated by the linear amplification of control actions. Control moments in the hinges must be calculated taking into account friction in order to synthesize anthropoid walking. Therefore, when choosing the design of the exoskeleton, a model with friction in the hinges-joints of approximately the same value as in the joints of the human musculoskeletal system is required so that the exoskeleton ensures comfortable movements of a person in it and is controlled by amplifying human impulses.