Динамика управляемого движения четырехзвенного аппарата для расширения функциональных возможностей человека тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

На правах рукописи

Турлапов Руслан Николаевич

Динамика управляемого движения четырехзвенного аппарата для расширения функциональных возможностей человека

01.02.06 - динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры

АВТОРЕФЕРАТ 2511АР20'5

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005561065

Курск-2015

005561065

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Юго-Западный государственный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор, заслуженный деятель науки РФ Яцун Сергей Федорович

Официальные оппоненты: Савип Леонид Алекеевич, доктор технических наук,

профессор, Госуниверситет — УНПК (г. Орел), кафедра «Мехатроника и международный инжиниринг», заведующий кафедрой; Орлов Игорь Александрович, кандидат физико-математических наук, Российский государственный гуманитарный университет (г. Москва), ведущий программист

Ведущая организация: федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежский государственный технический университет»

Защита состоится 10 апреля 2015 г. в 12.00 на заседании диссертационного совета Д 212.105.01 при федеральном государственном' бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Юго-Западный государственный университет» по адресу: 305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, д. 94., конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на официальном сайте Юго-Западного государственного университета: www.swsu.ru

Автореферат разослан « » 2015г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.105.01 Лушников Борис Владимирович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время широкое распространение получили различные устройства, представляющие собой системы, состоящие из двух основных элементов: человек и машина. Взаимодействие этих элементов определяет качество функционирования системы в целом. К таким устройствам можно отнести объекты, получившие название экзоскелетон (экзоскелет), используемые для расширения функциональных возможностей человека. Экзоскелеты предназначены, в частности, для реабилитации опорно-двигательного аппарата на основе методов лечебной физкультуры, основанных на выполнении дозированных движений, осуществляемых с помощью механотерапевтических аппаратов, существенно повышающих возможности человека в части облегчения движения, переноса тяжестей и различных видов деятельности, требующих значительных усилий.

Существует большое количество различных реабилитационных систем, выполненных на принципе экзоскелета, которые позволяют заниматься восстановлением функций отдельных суставов нижних и верхних конечностей, при этом управление такими аппаратами реализуется в программном режиме без учета взаимодействия аппарата с конечностями пациента.

Сравнительно недавно начались разработки экзоскелетов, которые позволяют осуществлять сложные виды движения как нижних, так и верхних конечностей. Такие устройства позволяют человеку передвигаться в пространстве даже при повреждении нижних конечностей. Кроме того, открывается возможность существенно расширить возможности человека при выполнении задач, которые человек в обычном состоянии выполнить не может.

Очевидно, что создание таких устройств возможно при наличии хорошо развитой теории функционирования таких систем, особое внимание при этом должно уделяться вопросам управления с учетом взаимодействия человека и машины.

Общие вопросы теории механизмов получили развитие в работах И.И. Артоболевского, О.Д. Охоцимского, A.M. Формальского, В.В. Белецкого, Н.В. Умнова, А.П. Бессонова, Ю.В. Болотина, Е.А. Девянина, М. Вукобратовича, Ю.Ф. Голубева, А.К. Платонова, В.Е. Павловского, Э.К. Лавровского и многих других. Вопросы биомеханики движения человека исследовались в работах Г. Хилла, К. Бэгшоу, В. М. Зациорского, В.Л. Уткина, Р.Б. Зальтера, И.Ш Морейнис, А. Джонса и многих других. Исследования, посвященные изучению особенностей кинематики конечностей человека и их взаимодействию с реабилитационным устройством, представлены в работах П. Люма, Дж. Хука, Г. Мансура и других.

Анализ литературных источников показал, что практически отсутствуют работы, посвященные подъему пациента из сидячего положения в стоячее, в дальнейшем этот процесс получил название «вертикализация». А в то же время именно этот этап предшествует началу ходьбы. Поэтому в данной диссертации изучается управляемое движение четырехзвенного механизма с активными тазобедренным, коленным и голеностопным суставами, который осуществляет подъем тела человека в режиме вертикализации и обратно. Изучение закономерностей движения и разработка методов управления такими сложными процессами открывают путь к созданию высокоэффективных систем, помогающих человеку и расширяющих его функциональные возможности. Работа выполнена в рамках гранта РНФ №14-39-00008.

Объектом исследования является многозвенная электромеханическая система (экзоскелет), имитирующая человеко-машиный агрегат, применяемый для расширения функциональных возможностей человека.

Предметом исследования являются динамические процессы, происходящие в человеко-машинном аппарате - четырехзвенном экзоскелете при работе в режимах вертикализации пациента.

Целью данного исследования является разработка теоретических основ и инструментальных средств проектирования экзоскелетов, применяемых для перевода пациента из положения «сидя» в положение «стоя», что существенно расширяет функциональные возможности человека. Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

1. Разработать математическую модель плоского четырехзвенного управляемого человеко-машинного агрегата, описывающего взаимодействие механизма и ноги человека с учетом динамических процессов и биомеханических возможностей человека, а также свойств электроприводов, реакций опорной поверхности, возникающих в точках контакта аппарата и шероховатой поверхности, для различных режимов движения, включающих в себя вертикализацию из положения «сидя» и приседания.

2. Получить диаграммы изменения углов поворота звеньев системы, при которых происходит переход пациента из сидячего положения в стоячее и разработать систему управления, обеспечивающую движение звеньев системы по заданным траекториям под действием управляющих моментов.

3. Исследовать динамические процессы, протекающие в механической системе при управляемом движении, а также изучить условия, обеспечивающие устойчивое положение равновесия пациента в экзоскелете.

4. Теоретически обосновать принципы управляемого движения человеко-машинного агрегата с учетом информации о силовом взаимодействии ноги человека и механизма в соответствующих фазах движения.

5. Разработать методику расчета параметров конструкции, определения мощности двигателей и синтеза параметров регулятора системы автоматического управления приводами устройства, в которой будут учитываться процессы взаимодействия механизма и ноги человека.

6. Разработать макет экзоскелета и провести натурные эксперименты по исследованию движения устройства.

Методы исследования. Поставленные задачи решаются с применением методов теоретической и прикладной механики, теории робототехнических систем, вычислительной математики, теории автоматического управления движением.

Научная новизна состоит:

1. В разработке математической модели плоского четырехзвенного управляемого человеко-машинного аппарата, описывающей взаимодействие механизма и ноги человека с учетом динамических процессов и биомеханических возможностей человека, свойств электроприводов, реакций опорной поверхности, возникающих в точках контакта аппарата и шероховатой поверхности, для различных режимов движения, включающих в себя вертикализацию из положения «сидя».

2. В определении зависимостей углов поворота звеньев четырехзвенного механизма, при которых происходит подъем тела пациента из положения «сидя» в положение «стоя», причем в квазистатических режимах движения центр тяжести человеко-машинного аппарата не должен выходить за пределы опорной поверхности.

2. В построении и анализе диаграмм управляющих моментов, реализующих заданный закон движения звеньев аппарата, показавших, что изменение моментов во времени носит ярко выраженный немонотонный характер, поэтому в работе предложены методы аппроксимации и сглаживания пиковых значений этих моментов.

3. В выявлении эффекта возникновения значительных колебаний звеньев механизма при псевдовертикальном положении устройства и управлении этими колебаниями по критерию минимизации отклонений углов поворота звеньев от заданных с учетом параметров системы управления.

4. В теоретическом обосновании принципов управляемого движения человеко-машинного агрегата, основанном на анализе информации о силовом взаимодействии ноги человека, механизма и опорной поверхности в соответствующих фазах движения.

5. В научном обосновании методики расчета мощности электроприводов и синтеза параметров регулятора системы автоматического управления приводами

устройства, учитывающих неустойчивость системы и процессы взаимодействия механизма и ноги человека.

Достоверность результатов. Основные научные результаты диссертации получены на основе фундаментальных положений и методов теоретической механики, теории колебаний, теории автоматического управления, динамики машин, экспериментальных методов исследования. Теоретические результаты подтверждены экспериментальными данными и совпадают с результатами исследований других авторов.

Апробация диссертации. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на ХХП1 Международной инновационно-ориентированной конференции молодых ученых и студентов (Москва, 2011), Международной научно-технической конференции «Управляемые вибрационные технологии и машины» (Курск, 2012), Международной научно-практической конференции «Прогресс транспортных средств и систем - 2013» (Волгоград, 2013), XI Заочной научной конференции «Теория и практика современной науки» (Москва, 2013), IX Международной научно-практической конференции «Тенденции и перспективы развития современного научного знания» (Москва, 2013), Международной научно-практической конференции «Инновационное развитие естественных наук» (Санкт-Петербург, 2015).

Публикации. Основные результаты выполненных исследований и разработок опубликованы в 7 печатных работах, из них 3 статьи — в рецензируемых научных изданиях и журналах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, насчитывающего 145 наименований. Основная часть работы изложена на 152 страницах машинописного текста.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность темы исследования, сформулированы цель и задачи работы, дана общая характеристика диссертации, показана научная новизна и практическая значимость, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены различные типы экзоскелетов, приведена структура исполнительных систем экзоскелетов, проведен анализ существующих математических моделей, описывающих движение многозвенных систем, имитирующих движение экзоскелета, выявлены проблемы, сдерживающие дальнейшее развитие таких роботов. Сформулированы актуальность темы исследований, решаемая проблема, цели и задачи диссертации.

Во второй главе описана математическая модель движения многозвенной механической системы, состоящей из четырех твердых тел, связанных между

собой шарнирами. Для математического описания движения системы тел в режиме вертикализации представим ее в виде кинематической цепи, состоящей из звеньев 1, 2, 3 и 4. Расчетная схема приведена на рис. 1. Будем рассматривать движение объекта в вертикальной плоскости ОХУ.

Рис. 1 Расчетная схема

Для удобства описания кинематики многозвенного механизма введем четыре относительные системы координат 0,х,У|„ ориентация которых относительно абсолютной системы координат ОХУ будет определяться углами <р,, 1=1 ,...,4. Для упрощения математического моделирования движения объекта примем следующие допущения: 1)все звенья робота - абсолютно твердые недеформируемые тела; 2) каждое из звеньев представляет собой стержень длиной 1\ и массой т,, сосредоточенной в центре симметрии звена С,; 3) В качестве положительного направления отсчёта поворота звеньев примем направление против часовой стрелки.

Движение каждого звена аппарата описывается тремя обобщенными координатами хС1,уа,ср1, где хС1,уа - координаты центра масс звена, (р. - угол наклона г-го звена к положительному направлению горизонтальной оси. Определим радиус-векторы основных точек звеньев устройства в абсолютной системе координат с использованием матриц поворота 7/,м, обеспечивающих перевод координат, определенных в системах Орсу» в системы Абсолютные радиус-векторы точек С] и О? вычисляются по формулам:

7 =7 +7 = 7 +Т о']> 7 = 7 +7 = 7 +Т /5(1)

'С1 '<31 <7|С1 '<71 ^ 110Г01С1> '<72 'ОI (71(32 '(31 ^ 1 \чНоЮ1>

где л0|Г|, г0102 - относительные радиус-векторы точек С] и 02 в системе координат Оху, Рд]С1 = 0^ , р™Ю2 = (/, 0)г - относительные радиус-

векторы тех же точек в системе координат О^у]. Преобразовав записанные выражение, найдем радиус-вектор точки Си

дочки Ог г02 = ' ' ^

Для нахождения радиус-векторов точек Сг и Оз справедливы формулы

где радиус-векторы 7огсг, 7оюг относительно точки Ог в абсолютной системе координат имеют вид

7 =Т 3(1) =Т Т от 7 =Т 3°' = Т Т пт

02С2 ]0ГО2С2 1С 2\У02С2 ' ' <7203 *10У0205 ] 0 2\И<)20^ '

Рогсг > Роге2 = 0^ - радиус-векторы точки Сг относительно точки Ог в системах О)*^ и ОгХгУг,

Роюг > Р0203 - ('г О)' - радиус-векторы точки Оз относительно точки Ог в системах 0]Х\у\ и ОгХтуг-Тогда радиус-вектор центра масс звена 2 можно записать следующим образом:

12 Л

х01 + /, СОЭ^,

12 .

ут +/,5111$?, +^\П(р2

7 =7 +Т о"' +Т Т о(2) 7 -

С2 '<71 ^ 1 \oHoi02 т 11(И 2\Ио2С2 ' 'с2

Радиус-вектор точки Оз примет вид

Я =? +То" +Т Т от 7 _(*0.Нсозр,+/2со59>2

ОЗ Гт 1оРоЮ2 2\Ро20Ъ' '03 ^ + ¡^^ + ^ ^ ^

Радиус-векторы точек Сз и С>4 равны векторным суммам радиус-вектора точки 0\ и относительных радиус-векторов 7тс} и 7ОЮ4 соответственно, определенных в абсолютной системе координат:

Гсг ~Г0\ 01СЗ- Г0\ 0203~^~^*<73СЗ ' ГОЛ ~Г0\ ~'~'"о]04— Г0\ ~'~'"0102^"'0203 'Ьз04 >

где

f =T 30) =T T 5(2) =Т Т Т о0)

' озсз л\оНоъсъ л ю-1 г\Ноъсъ 1 ъгНоъсъ

г =Т oil) =Т Т о<2) =Т Т Т о0)

' 0304 IОАЧ?304 10Аг\Н0Ъ04 -*10 21 32Л^0304»

Рте;' Рте,. Pole. PoL' Polo,, Polo, - относительные радиус-векторы точек С3 и в системах OiJTijm, Огх^уъ О3Х3У3.

Система дифференциальных уравнений движения устройства записьшается с использованием уравнений Лагранжа второго рода:

дТ | дТ = Э<7„ J dqn

£(

Л,

где Г— кинетическая энергия системы, , и=1 - 6 - обобщенная координата, - обобщенная сила по координате qn. •

Кинетическая энергия системы определяется по формуле Т = %Т<'

где г=1-*-4 — звенья устройства. Кинетические энергии звеньев, каждое из которых совершает плоское движение, записываются в виде ^ х1 + уД

2 2 , т,/,2

где = - центральные моменты инерции звеньев,

ха, уа - проекции скоростей центров масс звеньев на оси абсолютной системы координат. После соответствующих преобразований система дифференциальных уравнений, описывающая движение четырехзвенного механизма, имеет следующий вид:

хсл 2 ти — р, (т2 + т3 + (т1 +2т, +2т,вт р2 —¡ръ(тъ + 2т,)Бтф, —

— ф] (т2 + т, + т>)^со&<р] — ф] (тг + 2тъ + 2ш4)^-собр2 — ф\ (гп! + 2ш„ —

/4 .. . 1, .2 „ соэ<р, = £?,.

4 I I ]

УаТт1+РАт2 +т, + тМ^^ + ф2(т2 +2т}+2т4)^со$<р2+ф1(т,+2тА)^-со5<р, -/=1 1 ¿2.

-ф](т2 +тг + -фЦтг +2тг -ф\(от, +

+ «4 С°^4 - «4 ^4 =

— icci (m2 + m1 + mA ) ^ sin cpx + ycl (m2 + тъ -+- mA )^-cos(3, +

Л2 •• „ /./,

JCI +(m2 +тъ + <рг + тъ + tnA)-¡^-cos(jp2 -<?,) +

.. f//z3 Л?,!, ч

+ Í»3I — + mA I —cos(<p3 -<p^ + <pAmA -^-cos(íz»4 -«=>,) +

■ 2 . , ч ,2ím, "Vi A - ,

+ Ф1тл ^-sin(ÍO, -<г>4) = £?3 4

— xcl sin<¡?2 ~"(w2 + 2«J3 + 2/w4) + j>cl eos(p2 ~"(w2 + 2/n3 + 2ти4) +

I l Ttl TYl

+ фъ{тг +2mt)l-^-cos{<pb - (p2~) + фАтА ^-cos(<¡?4 -0>2) +

II m II

+ + + mA)sin(<p2 —tpl) + ф1 (тъ + 2mA)^sm(<p2 -<pj +

+Ф24тА Ц^- sín(í»2 - q>A)=a

+ (m3 + 2m4)^-cos(p2 - 9>3) + 03|jC3 + m3 + w4/32 j + + &»»< y-cos(íZ>4 - <z>3) + <z>,2(w, + 2m4 )^-sin(<z>3 -(*>,) + + Ф1 (w, +2mí)^1 sin((¡?3 -<p2) + # w4^sin(>, -$»,) = £?,

— xcitrt4 ~s\n<p4 +yclmJ-^cos<pA+plm4y±cos(<pl-<p4) + p2mA^cos(<p2-<pA) +

+ Ф\™4 -<p2) + Ф1т41^т{<р4 -<pl) = Qi

Для определения обобщенных сил применялся принцип возможных перемещений (см. рис. 2).

В начальный момент времени устройство расположено в положении «сидя», координаты Хп, >'С1, <рх ср2,(ръ,<р4заданы, между звеньями устройства имеются некоторые относительные углы. Далее происходит наклон четвертого звена по

10

часовой стрелке под действием соответствующего момента Мп (прямое включение привода). При достижении некоторого численного значения абсолютного угла <рА' происходит переход на следующий этап «распрямление и отрыв третьего и четвертого звеньев от опорной поверхности».

В шарнире О4 направление крутящего момента М4, меняется на противоположное (обратное включение привода), в шарнире 03 начинает действовать крутящий момент МЪ2, происходит вращение звена 3 по часовой стрелке, в шарнире, соединяющем звенья 1 и 2 (точка Ог), действует крутящий момент Ми, направленный против часовой стрелки.

Для изучения процесса перевода пациента из положения «сидя» в положение «стоя» проведена серия экспериментальных исследований, позволяющая определить объемы движения конечностей человека в различных суставах. Для этого рассматриваются различные фазы поведения человека. Первая фаза соответствует посадке человека с опорой на пол, сиденье и спинку кресла (см. рис. 3). Примеры экспериментальных зависимостей некоторых углов наклона звеньев механизма к оси ОХ в режиме вставания приведены на рис.3-8.

У

Рис.2. Расчетная схема механизма в произвольном положении

Рис. 3. Промежуточное положение механизма с пациентом и экспериментальные графики зависимостей углов поворота звеньев в режиме вставания: 1 - (р\({), 2 - <Р2(0, 3 - 4 -

286.62 таЛ

230

114.6.5 \ V

57.32

\

\ Ч

0 о

Рис.4. Графики изменения углов ф)(0 (стопы), <р2(г) (голени), <р3(0 (бедра), (корпуса) (при

аппроксимации рядами Фурье)

Рис.5. Графики изменения угловых скоростей фг(1) (голени), £>3(/) (бедра), ф4(1) (корпуса) (при аппроксимации рядами Фурье)

1 | | ||

\ 1!

А Мм

Рис.6. Диаграммы изменения управляющих моментов (при аппроксимации рядами Фурье)

Рис.7. Теоретические зависимости углов (р2(1), <р3(0, <р/0 (сплайн-интерполяция)

Рис.8. Общий график изменения угловых скоростей ф2 (г) (голени), £>з(0 (бедра), фА (0 (корпуса) (сплайн-интерполяция)

Рис.9. Диаграммы изменения управляюхцих моментов (сплайн-интерполяция)

Переход к сплайн - интерполяции (см. рис. 6 и 8) позволил значительно снизить пиковые значения управляющих моментов.

На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработан экзоскелет, представляющий собой двуногий механизм, приводимый в движение линейными актюаторами (см. рис.10). Ноги робота состоят из трех звеньев, последовательно соединённых шарнирами. Будем называть эти звенья бедром, голенью и стопой. Бедра соединены с корпусом шарнирами. Контакт с поверхностью, по которой происходит перемещение, осуществляется через контактные поверхности стоп. Всего на устройстве установлено шесть линейных приводов, два из них шарнирно закреплены на корпусе, на каждом из бедер и голеней установлены еще четыре привода. Дополнительно между голенью и бедром можно установить пружины, позволяющие частично компенсировать силы веса. Шток каждого привода шарнирно соединен с одним из звеньев ног робота, как это показано на рис. 4. Прототип рассматриваемого механизма был спроектирован с использованием линейных актуаторов LEY40C-200BM-R16N1 компании SMC. Данные актуаторы являются мотор-редукторами с электродвигателем постоянного тока и шарико-винтовой передачей. Прототип устройства снабжен сенсорной системой, включающей в себя энкодеры для определения относительных углов поворота звеньев, трехосевой гироскоп, выполненный на базе датчика ADXL-3, каждая ступня дополнительно снабжена двумя датчиками давления, определяющими нормальные реакции в точках контакта ступни с опорной поверхностью.

1 - бедро, 2 - голень, 3 — ступня, 4 - корпус 5 — поверхность, по которой происходит движение Рис.10. Общий вид аппарата для расширения функциональных возможностей человека Далее выполнено математическое моделирование движения звеньев механизма для различных стратегий управления. При этом предполагалось, что управляющие моменты зависят от величины отклонения реального угла наклона звена от заданного. Проведенные расчеты показали существенную зависимость траектории движения центров масс звеньев системы от параметров регулятора САУ (см. рис.11-13). Для обеспечения работоспособности управляемой механической системы решена задача об определении параметров регулятора, обеспечивающих минимальную колебательность устройства и минимальные отклонения от заданной траектории. В качестве одного из критериев оптимальности использован интегральный критерий вида 1 ''

Рг =-1 (Р. 1 (0-^. (О)' + (<Р-,2 (О" <Рг (О)' + (<Р,з (')- <РъШ* .

м п

а) ! 3 1 л б) 1 2 1 4

Рис. 11 Диаграммы изменения обобщенных скоростей и координат при параметрах регулятора ¿р = 300, к: =0: а) зависимость обобщенных координат от времени; б) зависимость обобщенных скоростей от времени; 1, 2, 3 - первая, вторая и третья обобщенные координаты (скорости)

14

Рис. 12 Траектория движения центра Рис- 13 Оптимальная траектория масс механизма при кр = 300, к, = 0 движения центра масс механизма, 1 -

заданная, 2 - полученная для управляющей системы с

дополнительной обратной связью по скорости

Расчеты выполнены для различных начальных условий, в том числе при вставании из позиции «на корточках» (см. рис.14).

Рис.14. Некоторые промежуточные положения механизма (положение центра масс устройства обозначено крестом)

В результате исследований было установлено, что в рассмотренном диапазоне параметров к, и кр критерий Рг минимизируют значения коэффициентов ¿.=250 и к = 2500. Особое внимание уделено изучению

движения механизма с учетом взаимодействия человека и машины. Было сделано допущение о том, что мышцы моделируются линейными упруго-вязкими связями, а ноги и корпус двигаются синхронно, совершая такие же движения, как и звенья механизма. Выполненные для различных реологических параметров расчеты показали, что происходит существенное влияние упруго-вязких элементов на характер движения человеко-машинного агрегата. Уменьшается колебательность

и значительно возрастают величины максимальных значений моментов, обеспечивающих подъем пациента из положения «сидя».

Заключение

1. Разработана математическая модель плоского четырехзвенного управляемого человеко-машинного агрегата, описывающего взаимодействие механизма и ноги человека с учетом динамических процессов и биомеханических возможностей человека, а также свойств электроприводов, реакций опорной поверхности, возникающих в точках контакта аппарата и шероховатой поверхности, для различных режимов движения, включающих в себя вертикализацию из положения «сидя».

2. Получены диаграммы изменения углов поворота системы при которых происходит переход пациента из сидячего положения в стоячее и разработана система управления, обеспечивающая движение звеньев системы по заданным траекториям под действием управляющих моментов.

3. Изучены динамические процессы, протекающие при управляемом движении системы, а также определена область управляющих моментов, обеспечивающих вертикализацию положения пациента с помощью экзоскелета при управлении по углу отклонения корпуса в абсолютной системе координат и измеряемым силам, действующим в двух точках контакта ступни экзоскелета с опорной поверхностью.

4. Теоретически обоснованы и разработаны методики расчета параметров конструкции, мощности электродвигателей, синтеза параметров регулятора и принципов управляемого движения человеко-машинного агрегата с учетом информации об углах поворота звеньев экзоскелета и силовом взаимодействии ноги человека и механизма в соответствующих фазах движения.

5.Проведены исследования устойчивого вертикального положения экзоскелета при выполнении подъема пациента из положения «сидя» и обратно.

6. Разработан и изготовлен прототип экзоскелета и проведены натурные эксперименты по исследованию движения устройства в режиме вертикализации пациента.

7. Разработаны инструментальные средства проектирования экзоскелетов, применяемых для перевода пациента из положения «сидя» в положение «стоя», существенно расширяющие функциональные возможности человека.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

Публикации в рецензируемых научных журналах и изданиях:

1. Турлапов Р.Н. Тарасова Е.С., Яцун С.М. Исследование динамики реабилитационного устройства для механотерапии локтевого сустава // «Паллиативная медицина и реабилитация» , -2014,- -.№ 2.-С. 33-36

2. Турлапов Р.Н. Яцун С.М. Разработка и исследование реабилитационного устройства для механотерапии нижних конечностей // Фундаментальные исследования. 2014. № 12 (часть 9). -С. 1909-1911.

3. Яцун С.Ф., Понедельченко М.С., Турлапов Р.Н. Синтез управляющих моментов по заданному закону движения трехзвенного манипулятора экзоскелета // Вестник Воронежского института МВД России. - 2014. - №2. - С. 146-152.

Публикации в других изданиях

1. Турлапов Р.Н. Тарасова Е.С., Яцун С.М. Автоматизированный реабилитационный комплекс // Материали за 10-а международна научна практична конференция, «Бъдещите изследвания» - 2014. Т. 25: Физическа култура и спорт.-София: Бял ГРАД-БГ ООД, 2014-96 стр.

2. Турлапов Р.Н. Тарасова Е.С., Яцун С.М. Построение математической модели мехатронного реабилитационного устройства для кинезиотрапии // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2014.- №3(62). -Ч.1.-С. 71-76.

3. Турлапов Р.Н. Механотерапевтическое устройство для постинсультной кинезиотерапии II Наука, образование, общество: проблемы и перспективы развития: сборник научных трудов по материалам МНПК 28.02.2014: в 12 ч. З/М-во обр. и науки РФ.- Тамбов: Бизнес-Наука-Общество, 2014,- 163 с.

4. Турлапов Р.Н., Савин С.И. Изучение управляемого движения экзоскелета в режиме вертикализации пациента. // V международная научно-практическая конференция Инновационное развитие естественных наук: сб. мат.-СПб., 2015.-С. 116-122.

Подписано в печать . .2015. Формат 60x84 1/17. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 133 экз. Заказ N0 . Юго-Западный государственный университет. 305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, 94. Отпечатано в ЮЗГУ.