novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.17.670-677novtexmech-362Research ArticleРОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫROBOTIC SYSTEMSРеабилитационный экзоскелет БиоМех: модели, управление, конструкция, экспериментыBioMech Rehabilitation Exoskeleton: Models, Control, Design, ExperimentsАлисейчикА. П.AliseychikA. P.atooxa@gmail.comОрловИ. А.OrlovI. A.i.orlov@keldysh.ruКолесниченкоЕ. Ю.KolesnichenkoE. Yu.decstrela@mail.ruПавловскийВ. Е.PavlovskyV. E.vlpavl@mail.ruПавловскийВ. В.PavlovskyV. V.vlpavl2000@mail.ruПлатоновА. К.PlatonovA. K.akp31mail@gmail.comИнститут прикладной математики им. М. В. Келдыша РАНРоссияKeldysh Institute of Applied Mathematics of RASRussian Federation2016280820181710670677Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20182018Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/362

Рассматривается техническая роботизированная система поддержки нейрореабилитационных процедур - реабилитационный экзоскелет БиоМех. Аппарат является развитием первых версий [8, 9]. Обсуждаются задачи теоретико-механического описания роботизированных экзоскелетов нижних конечностей, динамического моделирования таких систем, создания систем управления ими. Для рассматриваемой двуногой системы исследуются следующие проблемы: кинематический синтез ходьбы на основе технологии видеозахвата движения, решение прямой и обратной динамических задач для нахождения управляющих моментов сил, синтез полной системы управления, верификация найденных решений с помощью физического и натурного моделирования, построение адекватной системы управления приводами для реализации заданного движения. Поставленные задачи исследованы в рамках создания биомехатронного комплекса для нейрореабилитации двигательного аппарата нижних конечностей человека.

The work presents a technical robotized system /or support o/the neurorehabilitation procedures - BioMech rehabilitation exoskeleton. The device is an improvement o/ the first versions published in [8, 9]. The work presents the tasks o/ the theoretical-mechanical description o/ the robotized exoskeletons o/ the lower extremities, dynamic modeling o/such systems, and development o/the control systems. For the considered biped system the /ollowingproblems were investigated: kinematic synthesis o/ walking on the basis o/ the technology o/video capture o/the motion, solution o/the direct and inverse dynamic tasks /or /inding o/ the operating torques o//orces, synthesis o/ a /ull control system, verification o/ the /ound solutions by means o/ physical and natural modeling, creation o/ an adequate control system o/ drives /or realization o/ the set movement. The objectives were investigated within the /ramework o/ development o/ a biomechatronic complex /or neurorehabilitation o/ the motive device o/ human lower extremities.

экзоскелетбиомехатроникареабилитационно-исследовательский комплексвертикализаторимпульсное управлениепневмоприводэлектроприводгибридный приводexoskeletonbiomechatronicsrehabilitation and research complexverticalizerpulse controlpneumatic actuatorelectric drivehybrid driveReferencesЦентр авиакосмической медицины. URL: http://amc-si.com/index.php?thread = 24Центр авиакосмической медицины. URL: http://amc-si.com/index.php?thread = 24Имитатор опорной нагрузки подошвенный "Корвит" URL: http://diasled.ru/korvitИмитатор опорной нагрузки подошвенный "Корвит" URL: http://diasled.ru/korvitПлатонов А. К., Герасименко Ю. П., Илиева-Митуцева Л., Никитин О. А., Сербенюк Н. С., Трифонов О. В., Ярошевский В. С. Биомехатронные элементы стимулятора стопы человека // Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша РАН. 2011. № 38. 32 с. URL: http://library.keldysh.ru/preprint.asp?id = 2011-38Платонов А. К., Герасименко Ю. П., Илиева-Митуцева Л., Никитин О. А., Сербенюк Н. С., Трифонов О. В., Ярошевский В. С. Биомехатронные элементы стимулятора стопы человека // Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша РАН. 2011. № 38. 32 с. URL: http://library.keldysh.ru/preprint.asp?id = 2011-38Platonov А., Mitutsova L., Delchev K., Vitkov V., Chavdarov I., Latkovski V., Yaroshevsky V., Nikitin O. Development of a mecha-tronic system "GAITSIM" for biomechanical rehabilitation of patients paraplegics // Engineering mechanics. 2007. 14/4. P. 249-258.Platonov А., Mitutsova L., Delchev K., Vitkov V., Chavdarov I., Latkovski V., Yaroshevsky V., Nikitin O. Development of a mecha-tronic system "GAITSIM" for biomechanical rehabilitation of patients paraplegics // Engineering mechanics. 2007. 14/4. P. 249-258.Platonov A., Ilieva-Mitutsova L., Nikitin O., Chavdarov I., Delchev K., Vitkov V., Yaroshevsky V., Serbenjuk N., Gerasimenko Y. Design of mechatronic system for foot receptor activation intended to improve rehabilitation of paraplegic patients // Proc. of Inter. Conf. "PRAKTRO 2007", 12-15 June 2007. Varna, 2007. P. 19-24.Platonov A., Ilieva-Mitutsova L., Nikitin O., Chavdarov I., Delchev K., Vitkov V., Yaroshevsky V., Serbenjuk N., Gerasimenko Y. Design of mechatronic system for foot receptor activation intended to improve rehabilitation of paraplegic patients // Proc. of Inter. Conf. "PRAKTRO 2007", 12-15 June 2007. Varna, 2007. P. 19-24.Компания ORMED. URL: http://www.djoglobal.de/arzt/ artromot-k1.htmlКомпания ORMED. URL: http://www.djoglobal.de/arzt/ artromot-k1.htmlТренажер LOCOMAT. URL: http://www.hocoma.com/ products/lokomat/Тренажер LOCOMAT. URL: http://www.hocoma.com/ products/lokomat/Гришин А. А., Герасименко Ю. П., Мошонкина Т. Р., Павловский В. Е., Платонов А. К., Сербенюк Н. С. Биомехат-роника и лечебно-исследовательские тренажеры: концептуальные и медико-биологические основы // Мехатроника, автоматизация, управление. 2012. № 12. С. 37-45.Гришин А. А., Герасименко Ю. П., Мошонкина Т. Р., Павловский В. Е., Платонов А. К., Сербенюк Н. С. Биомехат-роника и лечебно-исследовательские тренажеры: концептуальные и медико-биологические основы // Мехатроника, автоматизация, управление. 2012. № 12. С. 37-45.Алисейчик А. П., Орлов И. А., Дейнего В. Ю., Павловский В. Е., Платонов А. К. Биомехатронный исследовательский комплекс для двигательной нейрореабилитации // Мехатрони-ка, автоматизация, управление. 2013. № 12. С. 53-58.Алисейчик А. П., Орлов И. А., Дейнего В. Ю., Павловский В. Е., Платонов А. К. Биомехатронный исследовательский комплекс для двигательной нейрореабилитации // Мехатрони-ка, автоматизация, управление. 2013. № 12. С. 53-58.Головин В. Ф., Павловский В. Е. Новые направления в медицинской и сервисной робототехнике: по материалам международной конференции MESROB 2013 // Мехатроника, автоматизация, управление. 2014. № 10. С. 15-21.Головин В. Ф., Павловский В. Е. Новые направления в медицинской и сервисной робототехнике: по материалам международной конференции MESROB 2013 // Мехатроника, автоматизация, управление. 2014. № 10. С. 15-21.Павловский В. Е., Платонов А. К., Алисейчик А. П., Орлов И. А., Павловский В. В., Птахин А. А. Биомехатронный комплекс нейрореабилитации - концепция, конструкция, модели и управление // Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша РАН. 2014. № 111. 19 с.Павловский В. Е., Платонов А. К., Алисейчик А. П., Орлов И. А., Павловский В. В., Птахин А. А. Биомехатронный комплекс нейрореабилитации - концепция, конструкция, модели и управление // Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша РАН. 2014. № 111. 19 с.Павловский В. Е., Птахин А. А. Обратная динамическая задача двуногой ходьбы на основе видеозахвата движения // Тез. Научной конференции "Ломоносовские Чтения. Секция механики". 14-23 апреля 2014 года. Москва, ИМ МГУ. М.: ИМ МГУ, 2014. С. 116-117.Павловский В. Е., Птахин А. А. Обратная динамическая задача двуногой ходьбы на основе видеозахвата движения // Тез. Научной конференции "Ломоносовские Чтения. Секция механики". 14-23 апреля 2014 года. Москва, ИМ МГУ. М.: ИМ МГУ, 2014. С. 116-117.Павловский В. Е., Платонов А. К., Алисейчик А. П., Орлов И. А., Павловский В. В., Птахин А. А. Нейрореабилитаци-онный комплекс: структура, управление движением экзоске-летных модулей // Тр. Конференции "Вибрация-2014". Вибрационные технологии, мехатроника и управляемые машины. 14-16.05.2014. Курск, ЮЗГУ. Т. 2. С. 312-322.Павловский В. Е., Платонов А. К., Алисейчик А. П., Орлов И. А., Павловский В. В., Птахин А. А. Нейрореабилитаци-онный комплекс: структура, управление движением экзоске-летных модулей // Тр. Конференции "Вибрация-2014". Вибрационные технологии, мехатроника и управляемые машины. 14-16.05.2014. Курск, ЮЗГУ. Т. 2. С. 312-322.Павловский В. Е., Платонов А. К., Алисейчик А. П., Орлов И. А., Птахин А. А. Биомехатронный нейрореабилитацион-ный комплекс для лечебных и исследовательских задач // Тр. второй Междунар. конф. "Информационные технологии интеллектуальной поддержки принятия решений" (Proc. ITIDS + RRS'2014), 18-21 мая 2014, Уфа, Россия. Т. 2. С. 221-227.Павловский В. Е., Платонов А. К., Алисейчик А. П., Орлов И. А., Птахин А. А. Биомехатронный нейрореабилитацион-ный комплекс для лечебных и исследовательских задач // Тр. второй Междунар. конф. "Информационные технологии интеллектуальной поддержки принятия решений" (Proc. ITIDS + RRS'2014), 18-21 мая 2014, Уфа, Россия. Т. 2. С. 221-227.Павловский В. Е., Платонов А. К., Алисейчик А. П., Орлов И. А. Биомехатронный комплекс нейрореабилитации - конструкция, модели и управление // Тр. XII Всеросс. совещания по проблемам управления. 16-19 июня 2014. ИПУ РАН. С. 3671-3680.Павловский В. Е., Платонов А. К., Алисейчик А. П., Орлов И. А. Биомехатронный комплекс нейрореабилитации - конструкция, модели и управление // Тр. XII Всеросс. совещания по проблемам управления. 16-19 июня 2014. ИПУ РАН. С. 3671-3680.Алисейчик А. П., Орлов И. А., Павловский В. Е., Платонов А. К., Птахин А. А. Синтез антропоморфной ходьбы для специальных экзоскелетонов // Тр. Междунар. науч.-техн. конф. "Экстремальная робототехника" (2014). 2014. С. 116-120.Алисейчик А. П., Орлов И. А., Павловский В. Е., Платонов А. К., Птахин А. А. Синтез антропоморфной ходьбы для специальных экзоскелетонов // Тр. Междунар. науч.-техн. конф. "Экстремальная робототехника" (2014). 2014. С. 116-120.Aliseychik A. P., Orlov I. A., Pavlovsky V. E., Platonov A. K., Ptakhin A. A. Anthropomorphic Walking Design for Special Exoske-letons // Тр. Международной научно-технической конференции "Экстремальная робототехника" (2014) / Proc. of the International Scientific and Technological Conference "Extreme Robotics". Изд-во "Политехника-Сервис", 2014. С. 121-125.Aliseychik A. P., Orlov I. A., Pavlovsky V. E., Platonov A. K., Ptakhin A. A. Anthropomorphic Walking Design for Special Exoske-letons // Тр. Международной научно-технической конференции "Экстремальная робототехника" (2014) / Proc. of the International Scientific and Technological Conference "Extreme Robotics". Изд-во "Политехника-Сервис", 2014. С. 121-125.Orlov I. A., Aliseychik A. P., Platonov A. K., Ptakhin A. A., Pavlovsky V. E. Biomechatronic Neurorehabilitation Complex Design, Models and Control // Proc. 5th IEEE RAS & EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics. 791-796. 2014. August 12-15, Sao Paulo, Brazil.Orlov I. A., Aliseychik A. P., Platonov A. K., Ptakhin A. A., Pavlovsky V. E. Biomechatronic Neurorehabilitation Complex Design, Models and Control // Proc. 5th IEEE RAS & EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics. 791-796. 2014. August 12-15, Sao Paulo, Brazil.Ptakhin A., Aliseychik A., Orlov I., Pavlovsky V. Anthropomorphic Walking Design for Special Exoskeletons // Proceedings of the RAAD 2014 - 23rd International Conference on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region, September 3-5, 2014, Smolenice Castle, Slovakia.Ptakhin A., Aliseychik A., Orlov I., Pavlovsky V. Anthropomorphic Walking Design for Special Exoskeletons // Proceedings of the RAAD 2014 - 23rd International Conference on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region, September 3-5, 2014, Smolenice Castle, Slovakia.Sokolov S. M., Platonov A. K., Boguslavskiy A. A., Tripho-nov O. V. Computer Vision System as Part of Bio-mechatronic Rehabilitation Simulator // Robot Intelligence Technology and Applications 2 (Springer Series: Advances in Intelligent Systems and Computing), Ed. Kim J.-H. et al. Vol. 274. 2014. P. 647-656.Sokolov S. M., Platonov A. K., Boguslavskiy A. A., Tripho-nov O. V. Computer Vision System as Part of Bio-mechatronic Rehabilitation Simulator // Robot Intelligence Technology and Applications 2 (Springer Series: Advances in Intelligent Systems and Computing), Ed. Kim J.-H. et al. Vol. 274. 2014. P. 647-656.Соколов С. М., Платонов А. К., Богуславский А. А., Трифонов О. В. Система технического зрения в составе биомехат-ронного тренажера // Препринт ИПМ им. М. В. Келдыша РАН. 2014. № 42. 19 с.Соколов С. М., Платонов А. К., Богуславский А. А., Трифонов О. В. Система технического зрения в составе биомехат-ронного тренажера // Препринт ИПМ им. М. В. Келдыша РАН. 2014. № 42. 19 с.Комплекс для локомоторной тренировки РООИ "ОРБИТА". URL: http://orbita-rt.ru/index.php/kompleksКомплекс для локомоторной тренировки РООИ "ОРБИТА". URL: http://orbita-rt.ru/index.php/kompleksПлатонов А. К., Павловский В. Е., Сербенюк Н. С., Гришин А. А., Герасименко Ю. П., Мошонкина Т. Р. Биомехатро-ника лечебно-исследовательского тренажера-кровати // Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша РАН, ISSN 2071-2898 (печатная версия). 2012. № 16. 32 с. URL: http://library.keldysh.ru/ preprint.asp?id = 2012-16Платонов А. К., Павловский В. Е., Сербенюк Н. С., Гришин А. А., Герасименко Ю. П., Мошонкина Т. Р. Биомехатро-ника лечебно-исследовательского тренажера-кровати // Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша РАН, ISSN 2071-2898 (печатная версия). 2012. № 16. 32 с. URL: http://library.keldysh.ru/ preprint.asp?id = 2012-16Гурфинкель В. С., Левик Ю. С., Казенников О. В., Се-лионов В. А. Существует ли генератор шагательных движений у человека? // Физиология человека. 1998. Т. 24. № 3. С. 42.Гурфинкель В. С., Левик Ю. С., Казенников О. В., Се-лионов В. А. Существует ли генератор шагательных движений у человека? // Физиология человека. 1998. Т. 24. № 3. С. 42.Selionov V. A., Ivanchenko Y. P., Solopova I. A., Gurfinkel V. S. Tonic central and sensory stimuli facilitate involuntary airstepping in humans // J. Neurophysiol. 2009. V. 101. P. 2847.Selionov V. A., Ivanchenko Y. P., Solopova I. A., Gurfinkel V. S. Tonic central and sensory stimuli facilitate involuntary airstepping in humans // J. Neurophysiol. 2009. V. 101. P. 2847.Павловский В. Е., Павловский В. В. Модульная микроконтроллерная система управления роботами РОБОКОН-1. Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша РАН, ISSN 2071-2898 (печатная версия). 2012. № 86. 32 с. URL: http://library.keldysh.ru/ preprint.asp?id = 2012-86Павловский В. Е., Павловский В. В. Модульная микроконтроллерная система управления роботами РОБОКОН-1. Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша РАН, ISSN 2071-2898 (печатная версия). 2012. № 86. 32 с. URL: http://library.keldysh.ru/ preprint.asp?id = 2012-86Павловский В. Е., Павловский В. В. Масштабируемая система управления роботами РОБОКОН-1 // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2013. № 4. C. 80-92.Павловский В. Е., Павловский В. В. Масштабируемая система управления роботами РОБОКОН-1 // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2013. № 4. C. 80-92.Вукобратович М. Шагающие роботы и антропоморфные механизмы. М.: Мир, 1976.Вукобратович М. Шагающие роботы и антропоморфные механизмы. М.: Мир, 1976.Москаленко В. В. Электрический привод. М.: Академия, 2007. 368 с.Москаленко В. В. Электрический привод. М.: Академия, 2007. 368 с.Башта Т. М., Руднев С. С., Некрасов Б. Б. и др. Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы / Под ред. Т. М. Башты. М.: Машиностроение, 1970. 504 с.Башта Т. М., Руднев С. С., Некрасов Б. Б. и др. Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы / Под ред. Т. М. Башты. М.: Машиностроение, 1970. 504 с.Схиртладзе А. Г., Иванов В. И., Кареев В. Н. Гидравлические и пневматические системы. М.: ИЦ МГТУ "Станкин", "Янус-К", 2003. 544 с.Схиртладзе А. Г., Иванов В. И., Кареев В. Н. Гидравлические и пневматические системы. М.: ИЦ МГТУ "Станкин", "Янус-К", 2003. 544 с.URL: http://www.pneumax.ru/URL: http://www.pneumax.ru/Дубровский В. И., Федорова В. Н. Биомеханика: Учеб. для сред. и высш. учеб. заведений. М.: Изд-во ВЛАДОС-ПРЕСС, 2003. 672 с.Дубровский В. И., Федорова В. Н. Биомеханика: Учеб. для сред. и высш. учеб. заведений. М.: Изд-во ВЛАДОС-ПРЕСС, 2003. 672 с.Погорелов Д. Ю. О численных методах моделирования движения систем твердых тел // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1995. № 4. C. 501-506.Погорелов Д. Ю. О численных методах моделирования движения систем твердых тел // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1995. № 4. C. 501-506.Simulink R2012b Documentation [Online]. URL: http:// www.mathworks.com/help/physmod/sdl/ref/genericengine.htmlSimulink R2012b Documentation [Online]. URL: http:// www.mathworks.com/help/physmod/sdl/ref/genericengine.htmlThe work was performed as part of the grant RFBR № 11-01-12060-ofi-m-2011 in 2011-2012., Developed with the support of RFBR grant 13-01-12037-ofi-m, 16-29-08406-ofi-mThe work was performed as part of the grant RFBR № 11-01-12060-ofi-m-2011 in 2011-2012., Developed with the support of RFBR grant 13-01-12037-ofi-m, 16-29-08406-ofi-mThe work was performed as part of the grant RFBR № 11-01-12060-ofi-m-2011 in 2011-2012., Developed with the support of RFBR grant 13-01-12037-ofi-m, 16-29-08406-ofi-mThe work was performed as part of the grant RFBR № 11-01-12060-ofi-m-2011 in 2011-2012., Developed with the support of RFBR grant 13-01-12037-ofi-m, 16-29-08406-ofi-mThe work was performed as part of the grant RFBR № 11-01-12060-ofi-m-2011 in 2011-2012., Developed with the support of RFBR grant 13-01-12037-ofi-m, 16-29-08406-ofi-mThe work was performed as part of the grant RFBR № 11-01-12060-ofi-m-2011 in 2011-2012., Developed with the support of RFBR grant 13-01-12037-ofi-m, 16-29-08406-ofi-mThe work was performed as part of the grant RFBR № 11-01-12060-ofi-m-2011 in 2011-2012., Developed with the support of RFBR grant 13-01-12037-ofi-m, 16-29-08406-ofi-mThe work was performed as part of the grant RFBR № 11-01-12060-ofi-m-2011 in 2011-2012., Developed with the support of RFBR grant 13-01-12037-ofi-m, 16-29-08406-ofi-m

The authors declare that there are no conflicts of interest present.