Динамика механических стержневых систем типа эндо- и экзоскелета с деформируемыми звеньями

15 октября 2014 года
Борисов Андрей Валерьевич
(филиал НИУ МЭИ в г. Смоленск, кафедра высшей математики, к. т. н., доцент; материалы диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук)

В исследовании предложен комплексный вариант теоретического решения проблемы описания динамики стержневой механической системы с деформируемыми звеньями на примере моделирования движений эндо и экзоскелета.

Проведен анализ отдельных структурных элементов и синтезирована динамическая модель стержневой механической системы с деформируемыми звеньями. Уравнения движения представлены в матрично-векторном виде, осуществлен их анализ, выявлены закономерности в их структуре, получены обобщения для вида элементов матриц. Предложен рекуррентный алгоритм записи матриц для уравнений движения. Описана динамика одноопорной, безопорной, двухопорной фаз движения экзоскелета. Рассмотрены плоский и пространственный случаи.

Решена аналитически в общем случае задача о распределении давления, тензоров напряжений и деформаций в многослойных шарнирах-суставах, состоящих из произвольного конечного количества слоев. Проведены численные оценки распределения давления, тензоров напряжений и деформаций для конкретной модели.

Разработана модель статической вертикальной устойчивости экзоскелета.

Исследована синхронизация движений нижних конечностей модели экзоскелета. Сформулирована и решена прямая задача динамики движения экзоскелета с деформируемыми звеньями при заданных управляющих воздействиях и проведено численное решение полученных систем уравнений, с использованием экспериментально найденных усилий; доказана возможность их применения для моделирования двуногой ходьбы экзоскелета и антропоморфного робота с деформируемыми звеньями. Создана анимационная модель движения подобного механизма.