Интегрирование человека и робота в единую систему открывает возможности для создания нового поколения реабилитационных технологий. Это устройство может применяться как в реабилитационной медицине , так и в симуляции виртуальной реальности, поэтому оно окажется полезным и для здоровых, и для больных людей.

Задачей исследования было изучение кинематики и динамики руки человека при выполнении повседневных действий в свободной и неограниченной среде. Эта задача была одной из задач текущего исследования, включенного в проект разработки моторизированного экзоскелета для верхней конечности с 7 степенями подвижности.

Кинематика верхней конечности была получена с помощью системы захвата движения, при этом достигалось выполнение широкого спектра повседневных действий. Рассматривая модель человека как систему с 7 степенями подвижности, мы использовали уравнения движения для подсчета вращающих моментов на суставах с учетом кинематики руки.

При позиционировании более высокие угловые скорости наблюдались в суставах так называемого грубого манипулирования (плечо и локоть) по сравнению с суставами точного манипулирования (запястье). Обратное явление отмечалось во время точного манипулирования, при котором угловые скорости запястного сустава превышали угловые скорости плечевого и локтевого суставов. Анализ пропорциональных соотношений отдельных составляющих уравнений движения руки показывает, что гравитационная составляющая является самой главной в этих уравнениях. Значения этой составляющей для разных суставов и для разных действий выше, чем значения инерциальной, центробежной и кориолисовой составляющей в совокупности.

Различные захваты объектов (например, силовой захват ложки) дают разные картины кинематики руки, так как другие суставы (здесь — плечевой), так или иначе компенсируют утерянную подвижность запястья. Проектирование моторизированного экзоскелета руки человека возможно только при совместном использовании собранной базы данных и анализе кинематики и динамики.

Рис. – Кинематика руки – Тестируемый человек со светоотражающими значками выполняет повседневные действия. Кинематика руки записывается системой захвата движения (Vicon)

 

Повседневные действия, предварительно сформированные в лаборатории захвата движения.

[local /wp-content/uploads/2012/03/ADL_Lap_Sim.flv]

[local /wp-content/uploads/2012/03/ADL_Lap_Exp.flv]

Записанные данные, воспроизводимые моделью руки человека.

Рис.: Гистограммы, отображающие распределение положений локтевого (a) и запястного (b) суставов в системе полярных координат по отношению к центру плечевой кости. Можно заметить, что расстояние между локтевым суставом и плечевым суставом является фиксированным и определяется длиной плеча, однако расстояние между плечевым и запястным суставами меняется и зависит от угла сгиба руки в локтевом суставе. На рисунке (b) это расстояние пропущено. На графе изображены основные конфигурации руки и ее соответствующие положения. Цветом указывается вероятность появления положения определенного сустава (локтевого или запястья) в базе данных.

Категория: EXO-UL7 | 6 комментариев »

Комментарии