При рассмотрении движения статически неустойчивых объектов, примером которого является киберфизическая система в виде экзоскелетного семизвенного механизма, значительную роль играет решение проблемы сцепления с опорной поверхностью при ходьбе антропоида, поскольку в процессе движения условия эксплуатации меняются: чередуются фазы ходьбы, изменяются характеристики опорной поверхности, действуют внешние возмущения. Для повышения устойчивости движения и обеспечения отсутствия проскальзывания необходимо принимать во внимание особенности движения стоп, поэтому наличие весомых инерционных стоп обеспечивает новизну и актуальность предложенной модели. В работе представлена модель киберфизической системы экзоскелетного механизма, движущаяся в вертикальной плоскости и создающая предпосылки для реализации ситуационного подхода к управлению движением. Модель включает семь подвижных звеньев, соединенных шарнирами, что обеспечивает максимальное приближение модели к реальному экзоскелету. Целью исследования является разработка и описание алгоритмов проектирования управления движением экзоскелетного механизма программным методом с учетом ситуационных параметров, с применением ранее разработанного метода управления роботизированным антропоидным механизмом в виде программных движений. Апробирование разработанных алгоритмов проводилось в среде Wolfram Mathematica с использованием инструментов математического моделирования, численных методов и визуализации. В ходе исследования разработана модель экзоскелетного механизма, который совершает движение в вертикальной плоскости. Механизм включает семь звеньев, в том числе подвижные весомые стопы. Для описания разработанной модели используются значения углов поворота, которые образуются между подвижными звеньями. Для составления системы дифференциальных уравнений используются матрицы поворота осей координат, этим обуславливается оригинальность предложенной модели. Разработана математическая модель представленного звена экзоскелетного механизма и алгоритмы решения прямой и обратной задач динамики для нее. Создана подпрограмма для визуализации движения, которая позволяет демонстрировать процесс движения рассматриваемой модели в соответствии с заданными функциями. Показана необходимость учета ситуационных параметров при эксплуатации экзоскелета. Описана актуальность применения методов нечеткой логики, нейронных сетей для оптимизации моделирования при адаптации к условиям неопределенности окружающей среды.
Ключевые слова
алгоритмы проектирования, программы управления движением, модель экзоскелетного механизма, программный метод, программа визуализации движения, ситуационное управление, численные методы, киберфизическая система, весомые стопы, семь подвижных звеньев
