novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.18.233-238novtexmech-428Research ArticleРОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫROBOTIC SYSTEMSРазработка алгоритмов управления полуавтоматическим ортезомDevelopment of the Control Algorithms for the Semiautomatic Orthosis DevicesДашевскийИ. Н.DashevskyI. N.dash@ipmnet.ruКнязьковМ. М.KnyazkovM. M.ipm_labrobotics@mail.ruСухановА. Н.SukhanovA. N.sukhanov-artyom@yandex.ruИнститут проблем механики им. А. Ю. Ишлинского РАНРоссияInstitute for Problems in Mechanics of the Russian Academy of SciencesRussian Federation201728082018184233238Copyright © 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/428

Рассматривается развитие научных основ создания и управления полуавтоматическими ортезами конечностей человека для реабилитации двигательных функций, нарушившихся из-за травм и иных заболеваний. Обсуждается возможное использование сенсоров усилия для регулировки уровня нагрузки на стопу пациента и формирование на базе информации от сенсоров, характеризующих состояние пациента, данных по коэффициенту разгрузки ортезированной конечности в широком диапазоне окружного натяга. Выбрана и разработана платформа для системы управления, основанная на модульной архитектуре с возможностью модернизации.

This paper is devoted to the research and development of the control techniques for the semiautomatic orthosis devices of human limbs. Such devices are used for rehabilitation of the human limbs after various injuries or diseases. The designed or-thosis devices should be equipped with a set of the force-sensors, adaptive control algorithms and software for an intellectual adjustment to a patient. This allows creation of a reliable system for rehabilitation. Force-sensors are used to obtain information from a patient during walking. Based on this data the designed controller forms the desired control for the assistance device to provide support for the patient. Also, there is a manual control mode. In this mode the controller receives commands from a patient via a human-machine interface. The fixation system represented by a motor or an air pump adjusts the orthosis with the optimal force on the patient's limb. The current parameters are sent to an LCD monitor. The experiments demonstrated forces from the patients' feet during different physical exercises. The parameters for an air pump switching were obtained. These parameters were used for the control algorithms in the controller.

биомеханикаразгрузкамеханика деформируемого теламоделированиеактивные ортезыbiomechanicsassistancemechanics of strength and fracture of materialssimulationactive orthosis deviceReferencesТравматология: национальное руководство / Под ред. Г. П. Котельникова, С. П. Миронова. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. 808 с.Травматология: национальное руководство / Под ред. Г. П. Котельникова, С. П. Миронова. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. 808 с.Зоря В. И., Васильев А. П., Корчебный H. H., Лужников И. Б. Лечение ложных суставов трубчатых костей у подростков и взрослых // Сб. тезисов Межд. конгресса "Современные технологии в травматологии, ортопедии: ошибки и осложнения - профилактика и лечение". 05-07.10.2004, Москва. С. 36.Зоря В. И., Васильев А. П., Корчебный H. H., Лужников И. Б. Лечение ложных суставов трубчатых костей у подростков и взрослых // Сб. тезисов Межд. конгресса "Современные технологии в травматологии, ортопедии: ошибки и осложнения - профилактика и лечение". 05-07.10.2004, Москва. С. 36.Ключевский В. В. Хирургия повреждений. Ярославль: ДИА-пресс, 1999. С. 198-203.Ключевский В. В. Хирургия повреждений. Ярославль: ДИА-пресс, 1999. С. 198-203.Никитин С. Е., Ключевский В. В. Ортезотерапия в системе лечения переломов и их последствий // Хирургия повреждений. Руководство для хирургов и травматологов районных больниц, врачей участковых больниц, фельдшеров ФАП и здравпунктов. М.: ГЭОТАРМедиа, 2013. С. 336-369.Никитин С. Е., Ключевский В. В. Ортезотерапия в системе лечения переломов и их последствий // Хирургия повреждений. Руководство для хирургов и травматологов районных больниц, врачей участковых больниц, фельдшеров ФАП и здравпунктов. М.: ГЭОТАРМедиа, 2013. С. 336-369.Азизян Р. В. Комплексное лечение множественных переломов нижних конечностей с применением ортезов: Автореферат канд. мед. наук, Ереван - 2002.Азизян Р. В. Комплексное лечение множественных переломов нижних конечностей с применением ортезов: Автореферат канд. мед. наук, Ереван - 2002.Гаркавенко Ю. Е., Поздеев А. П. Ошибки и осложнения при удлинении нижней конечности у детей // Вестник гильдии протезистов-ортопедов. 2002. № 3. С. 61-63.Гаркавенко Ю. Е., Поздеев А. П. Ошибки и осложнения при удлинении нижней конечности у детей // Вестник гильдии протезистов-ортопедов. 2002. № 3. С. 61-63.Каулен В. Д. Функциональное лечение диафизарных переломов голени укороченными гипсовыми повязками. Автореферат канд. мед. наук. М., 1989 г.Каулен В. Д. Функциональное лечение диафизарных переломов голени укороченными гипсовыми повязками. Автореферат канд. мед. наук. М., 1989 г.Кашигина Е. А., Панфилов В. М., Никифорова Е. А. Функциональное лечение диафизарных переломов голени // Вестник Российского государственного медицинского университета. 2003. № 5 (31). С. 51-55.Кашигина Е. А., Панфилов В. М., Никифорова Е. А. Функциональное лечение диафизарных переломов голени // Вестник Российского государственного медицинского университета. 2003. № 5 (31). С. 51-55.Корж А. А., Меженина Е. П., Печерский А. Г., Рынденко В. Г. Справочник по травматологии и ортопедии / Под ред. А. А. Коржа и Е. П. Межениной. Киев: Здоров'я, 1980. С. 216.Корж А. А., Меженина Е. П., Печерский А. Г., Рынденко В. Г. Справочник по травматологии и ортопедии / Под ред. А. А. Коржа и Е. П. Межениной. Киев: Здоров'я, 1980. С. 216.Дашевский И. Н., Никитин С. Е. Экспериментальное изучение и биомеханическое моделирование функции разгрузки туторов нижних конечностей. Препринт РАН. Ин-т проблем механики; № 968. М., 2011. 57 с.Дашевский И. Н., Никитин С. Е. Экспериментальное изучение и биомеханическое моделирование функции разгрузки туторов нижних конечностей. Препринт РАН. Ин-т проблем механики; № 968. М., 2011. 57 с.Дашевский И. Н., Никитин С. Е. Биомеханика разгрузки нижних конечностей при ортезировании // Российский журнал биомеханики. 16 с. (в печати).Дашевский И. Н., Никитин С. Е. Биомеханика разгрузки нижних конечностей при ортезировании // Российский журнал биомеханики. 16 с. (в печати).Юревич Е. И. Основы робототехники. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. 401 с.Юревич Е. И. Основы робототехники. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. 401 с.Mehrholz J., Pohl M. Electromechanical-assisted gait training after stroke: a systematic review comparing end-effector and exoskeleton devices // J. Rehabil. Med. 2012. Mar; 44 (3): 193-9.Mehrholz J., Pohl M. Electromechanical-assisted gait training after stroke: a systematic review comparing end-effector and exoskeleton devices // J. Rehabil. Med. 2012. Mar; 44 (3): 193-9.Ермолов И. Л., Градецкий В. Г., Князьков М. М., Семёнов Е. А., Суханов А. Н., Крюкова А. А. Motion Control Algorithms for the Exoskeleton Equipped with Pneumatic Drives. Nature Inspired Mobile Robotics // Proc. of the 16th International Conference on Climbing and Walking Robots and the Support Technologies for Mobile Machines. 2013. P. 27-34.Ермолов И. Л., Градецкий В. Г., Князьков М. М., Семёнов Е. А., Суханов А. Н., Крюкова А. А. Motion Control Algorithms for the Exoskeleton Equipped with Pneumatic Drives. Nature Inspired Mobile Robotics // Proc. of the 16th International Conference on Climbing and Walking Robots and the Support Technologies for Mobile Machines. 2013. P. 27-34.Ермолов И. Л., Градецкий В. Г., Князьков М. М., Семёнов Е. А., Суханов А. Н. The Dynamics of the Exoskeleton Leg as a Multybody System // The 2nd Joint Internat. Conf. on Multybody , System Dynamics May 29-June 1. 2012. Stuttgart, Germany.Ермолов И. Л., Градецкий В. Г., Князьков М. М., Семёнов Е. А., Суханов А. Н. The Dynamics of the Exoskeleton Leg as a Multybody System // The 2nd Joint Internat. Conf. on Multybody , System Dynamics May 29-June 1. 2012. Stuttgart, Germany.Петин В. А. Проекты с использованием контроллера Arduino. СПб: БХВ-Петербург, 2014. 400 с.Петин В. А. Проекты с использованием контроллера Arduino. СПб: БХВ-Петербург, 2014. 400 с.Ермолов И. Л., Градецкий В. Г., Князьков М. М., Семёнов Е. А., Суханов А. Н. Исследование ноги экзоскелета как многозвенной системы // Матер. конф. "Автоматизация и Информационные технологии", 24 марта 2011, Москва. С. 50-54.Ермолов И. Л., Градецкий В. Г., Князьков М. М., Семёнов Е. А., Суханов А. Н. Исследование ноги экзоскелета как многозвенной системы // Матер. конф. "Автоматизация и Информационные технологии", 24 марта 2011, Москва. С. 50-54.Caldwell G. Darwin, Tsagarakis G. Nikolaos. Development i and Control of a 'Soft-Actuated' Exoskeleton for Use in Phisiotherapy and Training // Autonomous Robots. July 2003.Vol. 15, N. 1. P. 21-33.Caldwell G. Darwin, Tsagarakis G. Nikolaos. Development i and Control of a 'Soft-Actuated' Exoskeleton for Use in Phisiotherapy and Training // Autonomous Robots. July 2003.Vol. 15, N. 1. P. 21-33.

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