RU2737498C2 - Method of providing stability of exoskeleton with user - Google Patents

Method of providing stability of exoskeleton with user Download PDF

Info

Publication number
RU2737498C2
RU2737498C2 RU2019103527A RU2019103527A RU2737498C2 RU 2737498 C2 RU2737498 C2 RU 2737498C2 RU 2019103527 A RU2019103527 A RU 2019103527A RU 2019103527 A RU2019103527 A RU 2019103527A RU 2737498 C2 RU2737498 C2 RU 2737498C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
exoskeleton
user
mass
center
common center
Prior art date
Application number
RU2019103527A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2019103527A3 (en
RU2019103527A (en
Inventor
Игорь Аркадьевич Кудрявцев
Александр Игоревич Кудрявцев
Константин Сергеевич Клюжев
Юрий Васильевич Лоскутов
Александр Валерьевич Капустин
Юрий Семенович Андрианов
Original Assignee
Акционерное общество "Волжский электромеханический завод"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Волжский электромеханический завод" filed Critical Акционерное общество "Волжский электромеханический завод"
Priority to RU2019103527A priority Critical patent/RU2737498C2/en
Publication of RU2019103527A3 publication Critical patent/RU2019103527A3/ru
Publication of RU2019103527A publication Critical patent/RU2019103527A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2737498C2 publication Critical patent/RU2737498C2/en

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H3/00—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention relates to methods of providing stability of exoskeleton with user. Method consists in changing coordinates of the common center of mass of the exoskeleton with the user by shifting the component part of the exoskeleton, in the form of which the exoskeleton battery is used. Battery is automatically shifted in the direction opposite to the exoskeleton inclination with the user when the projection of the common center of mass of the exoskeleton is approaching the user to the boundaries of the support surface of the exoskeleton. Movement of the center of mass of the accumulator battery leads to movement of the common center of mass of the exoskeleton towards the distance from the support of the exoskeleton.
EFFECT: higher efficiency of system providing stability of exoskeleton with user at critical inclinations.
1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к техническим средствам реабилитации инвалидов, и может быть использовано для повышения устойчивости движения экзоскелета, предназначенного для пользователей с нарушением функций опорно-двигательного аппарата.The invention relates to medical equipment, in particular to technical means for the rehabilitation of disabled people, and can be used to increase the stability of the movement of an exoskeleton intended for users with impaired functions of the musculoskeletal system.

Известен способ обеспечения устойчивости роботизированной подвижной платформы (пат. RU 159557), заключающийся в изменении координат общего центра масс платформы путем смещения центра тяжести полезной нагрузки.A known method of ensuring the stability of a robotic mobile platform (US Pat. RU 159557), which consists in changing the coordinates of the common center of mass of the platform by shifting the center of gravity of the payload.

Недостатком известного способа является невозможность осуществления способа в мобильных роботизированных системах, не рассчитанных на несение дополнительной полезной нагрузки, кроме человека, в частности, в экзоскелетах медицинского назначения, предназначенных для реабилитации пользователей с нарушением функций опорно-двигательного аппарата.The disadvantage of this method is the impossibility of implementing the method in mobile robotic systems that are not designed to carry an additional payload, except for humans, in particular, in medical exoskeletons intended for the rehabilitation of users with impaired functions of the musculoskeletal system.

Известен способ обеспечения устойчивости экзоскелета (пат. US 20120172770), реализуемый системой управления мобильностью экзоскелета за счет подсистемы управления балансом, которая совместно с подсистемой ландшафта, обнаруживающей наклон местности, регулирует движения привода экзоскелета таким образом, чтобы экзоскелет с пользователем находился в устойчивом состоянии.A known method for ensuring the stability of the exoskeleton (US Pat. US 20120172770), implemented by the exoskeleton mobility control system due to the balance control subsystem, which, together with the landscape subsystem that detects the slope of the terrain, regulates the movement of the exoskeleton drive so that the exoskeleton with the user is in a stable state.

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет расширять диапазон безопасных наклонений экзоскелета, так как не обеспечивает возможность изменения (регулирования) координат расположения общего центра масс экзоскелета с пользователем.The disadvantage of this method is that it does not allow to expand the range of safe inclinations of the exoskeleton, since it does not provide the ability to change (regulate) the coordinates of the location of the common center of mass of the exoskeleton with the user.

Техническим результатом, достигаемым изобретением, является повышение эффективности системы обеспечения устойчивости экзоскелета с пользователем при критических наклонениях.The technical result achieved by the invention is to increase the efficiency of the system for ensuring the stability of the exoskeleton with the user at critical inclinations.

Указанный технический результат достигается тем, что способ обеспечения устойчивости экзоскелета с пользователем, осуществляемый изменением координат общего центра масс экзоскелета с пользователем путем смещения составной части экзоскелета, в качестве которой используется аккумуляторная батарея экзоскелета, автоматически смещаемая в противоположную от наклонения экзоскелета с пользователем сторону при приближении проекции общего центра масс экзоскелета с пользователем к границам площади опоры экзоскелета, причем перемещение центра масс аккумуляторной батареи приводит к перемещению общего центра масс экзоскелета в сторону отведения от границы опоры экзоскелета.The specified technical result is achieved by the fact that the method of ensuring the stability of the exoskeleton with the user, carried out by changing the coordinates of the common center of mass of the exoskeleton with the user by displacing the component of the exoskeleton, which is used as the exoskeleton rechargeable battery, automatically displaced in the direction opposite to the inclination of the exoskeleton with the user when the projection is approached the common center of mass of the exoskeleton with the user to the boundaries of the support area of the exoskeleton, and the displacement of the center of mass of the battery leads to the movement of the common center of mass of the exoskeleton in the direction of withdrawal from the border of the support of the exoskeleton.

Реализация способа обеспечения устойчивости экзоскелета с пользователем поясняется рисунками, где:The implementation of the method for ensuring the stability of the exoskeleton with the user is illustrated by the figures, where:

на фиг. 1 изображен экзоскелет с пользователем, вид сбоку;in fig. 1 depicts an exoskeleton with a user, side view;

на фиг. 2 изображен экзоскелет с пользователем, вид сзади;in fig. 2 depicts an exoskeleton with a user, rear view;

на фиг. 3 изображен экзоскелет с пользователем, в критическом положении, обусловленном потерей устойчивости, вследствие расположения общего центра масс экзоскелета с пользователем за пределами границы площади опоры экзоскелета;in fig. 3 depicts an exoskeleton with a user in a critical position due to loss of stability due to the location of the common center of mass of the exoskeleton with the user outside the boundary of the exoskeleton support area;

на фиг. 4 и 5 изображен экзоскелет с пользователем, в некритичном положении, обусловленном достаточной устойчивостью, вследствие приведения расположения проекции общего центра масс экзоскелета с пользователем в пределы границ площади опоры экзоскелета путем смещения аккумуляторной батареи экзоскелета без изменения положения экзоскелета с пользователем в целом.in fig. 4 and 5 depict an exoskeleton with a user in a non-critical position due to sufficient stability due to bringing the location of the projection of the common center of mass of the exoskeleton with the user within the boundaries of the exoskeleton support area by displacing the exoskeleton battery without changing the position of the exoskeleton with the user as a whole.

Реализация способа обеспечения устойчивости экзоскелета с пользователем осуществляется следующим образом.The implementation of the method for ensuring the stability of the exoskeleton with the user is carried out as follows.

Пользователь 1 размещается в экзоскелете 2, содержащем ступни 3, источник энергообеспечения - аккумуляторную батарею 4, обладающую относительно значительной массой. Аккумуляторная батарея 4 имеет центр массы 5, который определяет положение общего центра масс 6 экзоскелета 2 с пользователем 1 в целом. При этом аккумуляторная батарея 4 имеет возможность перемещаться в экзоскелете 2, что приводит к изменению расположения ее центра массы 5.The user 1 is placed in an exoskeleton 2 containing feet 3, the source of power supply is a storage battery 4, which has a relatively large mass. The battery 4 has a center of mass 5, which determines the position of the common center of mass 6 of the exoskeleton 2 with the user 1 as a whole. In this case, the battery 4 has the ability to move in the exoskeleton 2, which leads to a change in the location of its center of mass 5.

При передвижении экзоскелета 2 с пользователем 1 могут возникать критические наклонения, обуславливающие возможность потери устойчивости, что может привести к падениям экзоскелета 2 с пользователем 1. Такие наклонения экзоскелета 2 с пользователем 1 могут возникать вследствие неровностей поверхности, по которой перемещается экзоскелет 2 с пользователем 1, при запинаниях, при внешних физических возмущениях, например, столкновениях, при сбоях в системе управления экзоскелетом 2, при некорректном использовании экзоскелета 2, при ошибках в действиях ассистирующего. В этом случае проекция общего центра масс 6 экзоскелета 2 с пользователем 1 будет находиться вблизи границ площади опоры ступней 3 экзоскелета 2. Для исключения риска падения экзоскелета 2 с пользователем 1 необходимо общий центр масс 6 отвести от границы площади опоры экзоскелета 2. Для этого массивная аккумуляторная батарея 4 перемещается в экзоскелете 2 в противоположную от наклонения экзоскелета 2 с пользователем 1 сторону, перемещая тем самым свой центр массы 5. Перемещение центра массы 5 аккумуляторной батареи 4 приводит к перемещению общего центра масс 6 в сторону отведения от границы опоры экзоскелета 2 без изменения положения экзоскелета 2 с пользователем 1, что приводит к более устойчивому состоянию экзоскелета 2 с пользователем 1. Перемещения аккумуляторной батареи 4 в экзоскелете 2 могут осуществляться внутренними механизмами экзоскелета 2, управляемыми командами от системы управления экзоскелета 2, которые формируются на основе показаний датчиков, фиксирующих критические наклонения экзоскелета 2 с пользователем 1.When moving exoskeleton 2 with user 1, critical inclinations may occur, causing the possibility of loss of stability, which can lead to falls of exoskeleton 2 with user 1. Such inclinations of exoskeleton 2 with user 1 can occur due to surface irregularities on which exoskeleton 2 moves with user 1, when hesitating, with external physical disturbances, for example, collisions, with failures in the control system of exoskeleton 2, with incorrect use of exoskeleton 2, with errors in the actions of the assistant. In this case, the projection of the common center of mass 6 of exoskeleton 2 with user 1 will be located near the boundaries of the support area of the feet 3 of exoskeleton 2. To eliminate the risk of falling exoskeleton 2 with user 1, the common center of mass 6 must be removed from the border of the support area of exoskeleton 2. For this purpose, a massive battery the battery 4 moves in the exoskeleton 2 in the direction opposite to the inclination of the exoskeleton 2 with the user 1, thereby moving its center of mass 5. Moving the center of mass 5 of the battery 4 leads to the movement of the common center of mass 6 in the direction of retraction from the border of the support of the exoskeleton 2 without changing the position exoskeleton 2 with user 1, which leads to a more stable state of exoskeleton 2 with user 1. The movements of the battery 4 in exoskeleton 2 can be carried out by the internal mechanisms of exoskeleton 2, controlled by commands from the control system of exoskeleton 2, which are formed on the basis of the readings of the sensors recording critical tilting exoskeleton 2 with user 1.

Данный способ обеспечения устойчивости экзоскелета позволяет относительно простыми техническими решениями эффективно противодействовать опасным наклонениям экзоскелета, повышая тем самым его устойчивость.This method of ensuring the stability of the exoskeleton allows using relatively simple technical solutions to effectively counteract the dangerous inclinations of the exoskeleton, thereby increasing its stability.

Claims (1)

Способ обеспечения устойчивости экзоскелета с пользователем, заключающийся в изменении координат общего центра масс экзоскелета с пользователем путем смещения составной части экзоскелета, в качестве которой используется аккумуляторная батарея экзоскелета, автоматически смещаемая в противоположную от наклонения экзоскелета с пользователем сторону при приближении проекции общего центра масс экзоскелета с пользователем к границам площади опоры экзоскелета, причем перемещение центра масс аккумуляторной батареи приводит к перемещению общего центра масс экзоскелета в сторону отведения от границы опоры экзоскелета.A method for ensuring the stability of an exoskeleton with a user, which consists in changing the coordinates of the common center of mass of an exoskeleton with a user by displacing a component of the exoskeleton, which is used as an exoskeleton rechargeable battery, which is automatically displaced in the direction opposite to the inclination of the exoskeleton with the user when the projection of the common center of mass of the exoskeleton with the user is approached to the boundaries of the exoskeleton support area, and the displacement of the center of mass of the battery leads to the movement of the general center of mass of the exoskeleton in the direction of abduction from the border of the exoskeleton support.
RU2019103527A 2019-02-07 2019-02-07 Method of providing stability of exoskeleton with user RU2737498C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019103527A RU2737498C2 (en) 2019-02-07 2019-02-07 Method of providing stability of exoskeleton with user

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019103527A RU2737498C2 (en) 2019-02-07 2019-02-07 Method of providing stability of exoskeleton with user

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2019103527A3 RU2019103527A3 (en) 2020-08-07
RU2019103527A RU2019103527A (en) 2020-08-07
RU2737498C2 true RU2737498C2 (en) 2020-12-01

Family

ID=71949944

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019103527A RU2737498C2 (en) 2019-02-07 2019-02-07 Method of providing stability of exoskeleton with user

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2737498C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001129775A (en) * 1999-11-02 2001-05-15 Sony Corp Robot and gravity center position control method for robot
US7313463B2 (en) * 2005-03-31 2007-12-25 Massachusetts Institute Of Technology Biomimetic motion and balance controllers for use in prosthetics, orthotics and robotics
JP2013208291A (en) * 2012-03-30 2013-10-10 Equos Research Co Ltd Walking assistance device and walking assistance program
RU2507061C2 (en) * 2011-12-19 2014-02-20 Мурад Нурмагомедович Магомедов Method of controlling stabilisation of walking robot
EP2497610B1 (en) * 2011-03-09 2014-10-22 Syco Di Hedvig Haberl & C. S.A.S. System for controlling a robotic device during walking, in particular for rehabilitation purposes, and corresponding robotic device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001129775A (en) * 1999-11-02 2001-05-15 Sony Corp Robot and gravity center position control method for robot
US7313463B2 (en) * 2005-03-31 2007-12-25 Massachusetts Institute Of Technology Biomimetic motion and balance controllers for use in prosthetics, orthotics and robotics
EP2497610B1 (en) * 2011-03-09 2014-10-22 Syco Di Hedvig Haberl & C. S.A.S. System for controlling a robotic device during walking, in particular for rehabilitation purposes, and corresponding robotic device
RU2507061C2 (en) * 2011-12-19 2014-02-20 Мурад Нурмагомедович Магомедов Method of controlling stabilisation of walking robot
JP2013208291A (en) * 2012-03-30 2013-10-10 Equos Research Co Ltd Walking assistance device and walking assistance program

Also Published As

Publication number Publication date
RU2019103527A3 (en) 2020-08-07
RU2019103527A (en) 2020-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230264358A1 (en) Handling gait disturbances with asynchronous timing
US10300969B1 (en) Slip detection for robotic locomotion
US11731277B2 (en) Generalized coordinate surrogates for integrated estimation and control
US9387896B1 (en) Slip avoidance
CN101835569B (en) Legged robot and control method of legged robot
WO2006100166A1 (en) Walking device for moving an object over ground
CN106687182A (en) Moving floor for interactions with virtual reality systems and uses thereof
CN113348129B (en) Gyroscope-stabilized leg type robot
US10732197B2 (en) System for stabilizing an object to control tipping during omnidirectional movement
JP2015051483A (en) Leg type mobile robot control device
RU2737498C2 (en) Method of providing stability of exoskeleton with user
Hopkins et al. Design of a compliant bipedal walking controller for the DARPA Robotics Challenge
WO2011146795A3 (en) Self initiated prone progressive crawler
López et al. Compliant control of a humanoid robot helping a person stand up from a seated position
Fućek et al. Analytically founded yaw control algorithm for walking on uneven terrain applied to a hexapod robot
JP2007528791A6 (en) Balance system by fluid movement for legged robot
KR20150131722A (en) Omni-directional treadmill
ES2908700T3 (en) Procedure for putting an exoskeleton in motion
Chou et al. Bio-inspired step crossing algorithm for a hexapod robot
WO2020156582A1 (en) Fire-fighting robot and control method thereof
KR102151138B1 (en) Support apparatus in underwater
JPWO2017056622A1 (en) Robot, robot control method, and program
Andrianov et al. Assessment of the moment of stability when providing frontal stability of the exoskeleton
JPH0699369A (en) Multileg walking mechanism and attitude control method thereof
KR20160061823A (en) Rescue robot having end effector and metohd for ligting object of the same

Legal Events

Date Code Title Description
FZ9A Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal)

Effective date: 20200928