RU2750015C1 - Device and method for polyfunctional modeling of nervous-muscular apparatus - Google Patents

Device and method for polyfunctional modeling of nervous-muscular apparatus Download PDF

Info

Publication number
RU2750015C1
RU2750015C1 RU2020126900A RU2020126900A RU2750015C1 RU 2750015 C1 RU2750015 C1 RU 2750015C1 RU 2020126900 A RU2020126900 A RU 2020126900A RU 2020126900 A RU2020126900 A RU 2020126900A RU 2750015 C1 RU2750015 C1 RU 2750015C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
modeling
polyfunctional
neuromuscular apparatus
changes
oscillogram
Prior art date
Application number
RU2020126900A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Денис Владимирович Горбачев
Original Assignee
Денис Владимирович Горбачев
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 Денис Владимирович Горбачев filed Critical Денис Владимирович Горбачев
Priority to RU2020126900A priority Critical patent/RU2750015C1/en
Priority to PCT/RU2021/050157 priority patent/WO2022035352A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2750015C1 publication Critical patent/RU2750015C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00Manipulators not otherwise provided for
    • GPHYSICS
    • G09EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09BEDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B23/00Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
    • G09B23/28Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for medicine
    • G09B23/30Anatomical models
    • G09B23/32Anatomical models with moving parts

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Educational Technology (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Prostheses (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: inventions group relates to medicine, namely to devices for multifunctional modeling of the neuromuscular apparatus. The device is represented by muscle models attached to movably connected kinematic links, a control unit, sensors, and a system for maintaining an optimal operating temperature. In the device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus, muscle models have sensors, channels for the system to maintain the optimal operating temperature, sections for securing components that apply traction, as well as wiring to sensors and components that apply traction from integrated circuits and integrated circuit components. The method for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus consists in the fact that in the device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus biological feedbacks and dynamic formations of functional connections carried out by the neuromuscular apparatus of living beings are simulated when solving motor problems.
EFFECT: creation of a device that simulates the neuromuscular apparatus, which can be used to create robots, robotic and biocybernetic systems.
15 cl, 11 dwg

Description

ВЗАИМОСВЯЗАННОЕ ИЗОБРЕТЕНИЕRELATED INVENTION

Представленная заявка на изобретение является взаимосвязанной с заявкой на изобретение СПОСОБ ОЦЕНКИ УРОВНЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СОПРЯЖЕННОСТИ И СИММЕТРИЧНОСТИ МЫШЕЧНЫХ ГРУПП на выдачу патента Российской Федерации №2019107901 поданной 20 марта 2019 года.The submitted invention application is interconnected with the invention application METHOD FOR ASSESSING THE LEVEL OF FUNCTIONAL CONNECTION AND SYMMETRICITY OF MUSCLE GROUPS for the grant of the patent of the Russian Federation No. 2019107901 filed on March 20, 2019.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к области робототехники, а именно к биологической кибернетике, разделу моделирования процессов управления сложными объектами. Технический результат состоит в получении устройства моделирующего нервно-мышечный аппарат, которое может быть использовано при создании роботов, роботизированных и биокибернетических систем.The invention relates to the field of robotics, namely to biological cybernetics, the section of modeling the control processes of complex objects. The technical result consists in obtaining a device that simulates the neuromuscular apparatus, which can be used to create robots, robotic and biocybernetic systems.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИLEVEL OF TECHNOLOGY

Устройство и способ полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата относятся к одному из устройств и способов моделирования мышц и нервно-мышечного аппарата.The device and method for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus refers to one of the devices and methods for modeling muscles and the neuromuscular apparatus.

Существует большое количество способов моделирования мышц и нервно-мышечного аппарата, наиболее распространенные из них: математическое моделирование, компьютерное моделирование на основе специализированных программ, графическое моделирование и физическое моделирование. Высшим пиком моделирования двигательной деятельности является физическое моделирование нервно-мышечного аппарата, применяемое в робототехнике. Все устройства, физически моделирующие мышцы, можно разделить на группы: сервоприводы, актюаторы как аналоги мускулов, пневмомускулы и полимерные мускулы.There are a large number of methods for modeling muscles and the neuromuscular apparatus, the most common of which are: mathematical modeling, computer modeling based on specialized programs, graphic modeling and physical modeling. The highest peak of modeling of motor activity is physical modeling of the neuromuscular apparatus, used in robotics. All devices that physically simulate muscles can be divided into groups: servos, actuators as analogs of muscles, pneumomuscles, and polymer muscles.

Анализ вопроса показал, что идея использования катушек индуктивности или так называемых соленоидов для моделирования мышц не является новой. Известно устройство по описанию к авторскому свидетельству SU №901611 A1, опубл. 30.01.1982 г. «Электрогидравлический привод Козлова А.А.», содержащий камеры с эластичными стенками, заполненными жидким ферромагнетиком, снабженные электрическими обмотками, состоящими из последовательно включенных катушек индуктивности или по описанию изобретения к авторскому свидетельству RU №2372056, опубл. 10.11.2009 г. «Искусственная мышца», содержащая камеры с эластичными стенками, заполненные веществом с ферромагнитными свойствами и имеющие электропроводные обмотки.Analysis of the issue showed that the idea of using inductors or so-called solenoids for muscle modeling is not new. Known device according to the description to the copyright certificate SU No. 901611 A1, publ. 01/30/1982, "AA Kozlov electrohydraulic drive", containing chambers with elastic walls filled with liquid ferromagnet, equipped with electric windings, consisting of inductance coils connected in series or according to the description of the invention to the inventor's certificate RU No. 2372056, publ. November 10, 2009 "Artificial muscle" containing chambers with elastic walls, filled with a substance with ferromagnetic properties and having electrically conductive windings.

Достаточно близким к предложенному изобретению являются многие устройства, моделирующие мышцы, предполагающие подачу электрического тока различной частоты и напряжения от интегральных схем с компонентами к сервомоторам или актюаторам, которые обеспечивают движение частей и кинематических звеньев у робота.Close enough to the proposed invention are many devices that simulate muscles, implying the supply of electric current of various frequencies and voltages from integrated circuits with components to servomotors or actuators that provide movement of parts and kinematic links of the robot.

В перечисленных изобретениях имеются недостатки: во-первых они не опираются комплексно на развитие ряда научных отраслей с применением логического объединения фундаментальных данных; во вторых не раскрывают алгоритма изменения и взаимодействия электромагнитных полей между саркомерами и внутри саркомеров, обеспечивающих процесс сложной внутримышечной координации, в основе которого лежат проявления при различных видах работы различных значений силы тяги, скорости сокращения, рекуперации энергии.The listed inventions have drawbacks: firstly, they do not rely comprehensively on the development of a number of scientific fields with the use of a logical combination of fundamental data; secondly, they do not disclose the algorithm for the change and interaction of electromagnetic fields between sarcomeres and inside sarcomeres, which provide a process of complex intramuscular coordination, which is based on the manifestations of various values of traction force, contraction rate, and energy recuperation in different types of work.

Также, имеются попытки воссоздания алгоритмов управления нервно-мышечного аппарата живых существ, такие как, например, программа управления, известная по описанию авторского свидетельства RU №2364385 С2, опубл. 20.08.2009 г., использующая цифровую интерпретацию электромиохронограммы. Но предложенное устройство и программное обеспечение не учитывает, что каждый саркомер не только воспринимает изменения электрического тока - напряжения и частоты передающегося от центральной нервной системы по нервам, но и является «датчиком» повышенной чувствительности изменения уровня сокращения, замкнутым на основных каналах подачи электроэнергии, организованных по принципу обратных связей.Also, there are attempts to recreate control algorithms for the neuromuscular apparatus of living beings, such as, for example, the control program known from the description of the inventor's certificate RU No. 2364385 C2, publ. 08/20/2009, using a digital interpretation of the electromyochronogram. But the proposed device and software does not take into account that each sarcomere not only perceives changes in electric current - voltage and frequency transmitted from the central nervous system along the nerves, but also is a "sensor" of increased sensitivity of changes in the level of contraction, closed on the main channels of electricity supply, organized according to the principle of feedback.

Все известные сложные робототехнические и биокибернетические системы имеют принцип работы, кардинально отличающийся от принципа функционирования нервно-мышечного аппарата живых существ. А именно, как правило, для них устанавливается система координат в пространстве, по которой осуществляется двигательное действие, что приводит к ограничению автономности. All known complex robotic and biocybernetic systems have a principle of operation that is fundamentally different from the principle of functioning of the neuromuscular apparatus of living beings. Namely, as a rule, a coordinate system is established for them in space, along which the motor action is carried out, which leads to a limitation of autonomy.

На данном этапе развития биологической кибернетики, а именно раздела, решающего проблему моделирования нервно-мышечного аппарата живых существ, имеются сведения о фундаментальных данных, позволяющие разработать программное обеспечение на основе использования цифровой интерпретации электромиохронограммы. At this stage in the development of biological cybernetics, namely, the section that solves the problem of modeling the neuromuscular apparatus of living beings, there is information about fundamental data that make it possible to develop software based on the use of digital interpretation of electromyochronogram.

В литературе полностью отсутствуют сведения о разработке универсальной полифункциональной матрицы, применимой в моделировании нервно-мышечного аппарата, с программным обеспечением, воссоздающим алгоритмы фрагментации электромагнитных полей, происходящих в мышцах при их работе, и алгоритма защиты, позволяющего избежать пробоев в белковых структурах. There is no information in the literature on the development of a universal multifunctional matrix applicable in modeling the neuromuscular apparatus, with software that recreates algorithms for the fragmentation of electromagnetic fields that occur in muscles during their work, and a protection algorithm that avoids breakdowns in protein structures.

Цель изобретения: улучшение характеристик и параметров модели нервно-мышечного аппарата робототехнических и биокибернетических систем.The purpose of the invention: improving the characteristics and parameters of the model of the neuromuscular apparatus of robotic and biocybernetic systems.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION

ПРОБЛЕМА, РЕШЕНИЕ КОТОРОЙ ДОЛЖНО ОБЕСПЕЧИВАТЬ ИЗОБРЕТЕНИЕPROBLEM WHICH SHOULD BE SOLVED BY THE INVENTION

В предложенном изобретении, когда устройство активировано и выполняется его инициализация, то кинематические параметры в данное время являются известными значениями. После постановки цели двигательного действия, осуществляется поэтапная реализация способа полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата, заключающаяся в воссоздании в устройстве не только внешних биологических обратных связей, но и внутренних. То есть, получаемая информация о расположении кинематических звеньев устройства высчитывается на основании данных, полученных от многочисленных датчиков, встроенных в каркасы, моделирующих мышцы, далее, в одном из блоков устройства подвергается сопоставление полученного цифрового кода с эталонными данными, которые, в свою очередь, оказывают влияние на параметры электрического тока, подающегося к функциональным узлам устройства, обеспечивающим движение по принципу обратных связей.In the proposed invention, when the device is activated and its initialization is performed, the kinematic parameters are currently known values. After setting the goal of the motor action, a phased implementation of the method of polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus is carried out, which consists in recreating in the device not only external biological feedbacks, but also internal ones. That is, the information received about the location of the kinematic links of the device is calculated based on data obtained from numerous sensors built into the frameworks that simulate muscles, then, in one of the device blocks, the obtained digital code is compared with the reference data, which, in turn, provide influence on the parameters of the electric current supplied to the functional units of the device, providing movement according to the principle of feedback.

Однако, чтобы обеспечить изобретение, необходимо решить одну из представленных, либо несколько, проблем или в любом их сочетании:However, in order to provide the invention, it is necessary to solve one of the presented, or several, problems or in any combination of them:

оптимального соответствия архитектоники функциональных узлов устройства, обеспечивающих движение, архитектонике структур, осуществляющих управление ими, с учетом свойств материалов, применяемых в конструкции;optimal correspondence of the architectonics of the functional units of the device that provide movement, the architectonics of the structures that control them, taking into account the properties of the materials used in the structure;

оптимального соответствия архитектоники устройства полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата способу полифункционального моделирования. Решение данной проблемы поднимает вопросы, связанные с моделированием не только внешних, видимых биологических обратных связей, связанных с изменением положения в пространстве кинематических звеньев, но и внутренних, а именно энергетических характеристик в рамках межсистемных и внутрисистемных взаимодействий;optimal correspondence of the architectonics of the device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus to the method of polyfunctional modeling. The solution to this problem raises questions related to modeling not only external, visible biological feedbacks associated with a change in the position of kinematic links in space, but also internal, namely energy characteristics within the framework of intersystem and intrasystem interactions;

при поэтапной реализации задач для достижения двигательной цели, установленной оператором, необходимо решение проблемы разработки системы управления, которая могла бы объединить все характеристики в необходимых временных отрезках для симметричной-асимметричной подачи электроэнергии к структурам, прикладывающих силу тяги к кинематическим звеньям устройства в зависимости от поставленной двигательной задачи;in the step-by-step implementation of tasks to achieve the motor goal set by the operator, it is necessary to solve the problem of developing a control system that could combine all the characteristics in the necessary time intervals for symmetric-asymmetric power supply to the structures that apply the traction force to the kinematic links of the device, depending on the set motor tasks;

решение проблемы актуальной цифровой базы данных любого двигательного действия с наибольшим количеством двигательных реакций на меняющуюся ситуацию в окружающем пространстве с возможностью постоянного ее расширения; solving the problem of an actual digital database of any motor action with the greatest number of motor reactions to a changing situation in the surrounding space with the possibility of its constant expansion;

воссоздания алгоритма фрагментации электромагнитных полей, происходящих в мышцах при их работе и алгоритма защиты, обеспечивающего внутримышечную координацию.reconstruction of the algorithm for the fragmentation of electromagnetic fields occurring in the muscles during their work and the protection algorithm that ensures intramuscular coordination.

СРЕДСТВА РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫMEANS TO SOLVE THE PROBLEM

Согласно одному из объектов изобретения, в нем предложено устройство полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата, состоящее из функциональных узлов, компонентов робототехнической системы, а также, по меньшей мере, моделями мышц, которые прикреплены к подвижно соединенным кинематическим звеньям, блоком управления, датчиками. В полноразмерных моделях мышц имеются датчики, каналы для системы поддержания оптимальной рабочей температуры, секции для закрепления компонентов прикладывающих силу тяги, а также проводки, идущей к датчикам и структурам прикладывающих силу тяги от интегральных схем с компонентами.According to one of the objects of the invention, it is proposed a device for multifunctional modeling of the neuromuscular apparatus, consisting of functional units, components of a robotic system, as well as at least muscle models that are attached to movably connected kinematic links, a control unit, sensors. Full-size muscle models include sensors, channels for the system to maintain optimal operating temperature, sections for securing components that apply traction, and wiring to sensors and structures that apply traction from integrated circuits with components.

Выше упомянутое устройство полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата может быть выполнено таким образом, что в устройстве полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата модели мышц имеют каркасы повышенной подвижности телескопической конструкции.The above-mentioned device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus can be made in such a way that in the device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus, the muscle models have frames of increased mobility of a telescopic structure.

Выше упомянутое устройство полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата может быть выполнено таким образом, что в устройстве полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата модели мышц имеются каркасы повышенной подвижности, выполненные в виде оболочки, формирующей как внешнюю форму, так и внутреннюю конструкцию, за счет того, что оболочка окружает компоненты, входящие в конструкцию искусственной мышцы.The above-mentioned device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus can be designed in such a way that in the device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus of the muscle model there are frames of increased mobility, made in the form of a shell that forms both an external shape and an internal structure, due to the fact that that the shell surrounds the components that make up the artificial muscle.

Выше упомянутое устройство полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата может быть выполнено таким образом, что в устройстве полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата модели мышц укомплектованы соленоидами, имеющими резьбу для движения сердечника.The above-mentioned device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus can be made in such a way that in the device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus, the muscle models are equipped with solenoids having threads for the movement of the core.

Выше упомянутое устройство полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата может быть выполнено таким образом, что в устройстве полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата имеются герметичные каналы системы поддержания оптимальной рабочей температуры.The above-mentioned device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus can be designed in such a way that the device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus has hermetic channels of the system for maintaining the optimal operating temperature.

Выше упомянутое устройство полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата может быть выполнено таким образом, что в устройстве полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата имеются каналы для системы поддержания оптимальной рабочей температуры и структуры электромагнитного поля, выполненные в виде зазоров между компонентами.The above-mentioned device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus can be designed in such a way that the device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus has channels for the system for maintaining the optimal operating temperature and the structure of the electromagnetic field, made in the form of gaps between the components.

Выше упомянутое устройство полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата может быть выполнено таким образом, что в устройстве полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата блок управления представлен интегральной схемой с дополнительными релейными компонентами.The above-mentioned device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus can be designed in such a way that in the device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus, the control unit is represented by an integrated circuit with additional relay components.

Выше упомянутое устройство полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата может быть выполнено таким образом, что в устройстве полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата блок управления представлен специализированным гибридным процессором высокого напряжения, где дополнительные релейные компоненты и микроконтроллеры объединены в пласт.The above-mentioned device for multifunctional modeling of the neuromuscular apparatus can be made in such a way that in the device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus, the control unit is represented by a specialized hybrid high-voltage processor, where additional relay components and microcontrollers are combined into a formation.

Выше упомянутое устройство полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата может быть выполнено таким образом, что в устройстве полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата встроен блок передачи данных для осуществления управления устройством оператором.The above-mentioned device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus can be designed in such a way that a data transmission unit is built into the device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus for controlling the device by the operator.

Выше упомянутое устройство полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата может быть выполнено таким образом, что в своей конструкции имеет компоненты, принимающие цифровую интерпретацию биомеханических характеристик от костюма оператора устройства полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата в материал которого встроены электромиографические электроды и датчики биомеханического контроля согласно комплементарной схеме расположения.The above-mentioned device for multifunctional modeling of the neuromuscular apparatus can be made in such a way that in its design it has components that accept a digital interpretation of biomechanical characteristics from the operator's suit of the device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus, in the material of which electromyographic electrodes and biomechanical control sensors are embedded according to the complementary scheme location.

Согласно способу полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата, заключающегося в том, что с помощью устройства полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата моделируются биологические обратные связи и динамические образования функциональных связей, осуществляемые нервно-мышечным аппаратом живых существ при решении любых двигательных задач. А именно, в устройстве полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата, от электрической цепи в которую включены интегральные схемы с их компонентами, подается электрический ток к структурам, прикладывающим силу тяги к кинематическим звеньям устройства, таким образом, что возможно было образовывать рабочие группы из структур, прикладывающих силу тяги любых сочетаний и конфигураций путем реализации алгоритмов матричной структуры с обратной связью на основе цифрового кода, содержащего данные о симметрично-асимметричных изменениях параметров электрического тока в установленных временных отрезках.According to the method for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus, which consists in the fact that biological feedbacks and dynamic formations of functional connections are modeled by the device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus, carried out by the neuromuscular apparatus of living beings when solving any motor problems. Namely, in the device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus, from the electric circuit in which the integrated circuits with their components are included, an electric current is supplied to the structures that apply the traction force to the kinematic links of the device, in such a way that it was possible to form working groups from the structures, applying traction force of any combinations and configurations by implementing algorithms of a matrix structure with feedback based on a digital code containing data on symmetric-asymmetric changes in electric current parameters in specified time intervals.

В одном из вариантов осуществления изобретения, который обеспечивает решение одной или большего количества обозначенных проблем или уменьшает их, предложен способ полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата, заключающийся в том, что расчеты, производимые программой управления устройством полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата были произведены таким образом, что возможно было возникновение в искусственных мышцах эффекта полифункциональности формирования рабочих групп из компонентов, прикладывающих силу тяги.In one of the embodiments of the invention, which provides a solution to one or more of the indicated problems or reduces them, there is proposed a method for multifunctional modeling of the neuromuscular apparatus, which consists in the fact that the calculations performed by the control program for the multifunctional modeling of the neuromuscular apparatus were performed in this way that it was possible that the effect of polyfunctionality in the formation of working groups from the components applying the traction force could have arisen in the artificial muscles.

В одном из вариантов осуществления изобретения, который обеспечивает решение одной или большего количества обозначенных проблем или уменьшает их, предложен способ полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата, заключающийся в том, что расчеты, производимые программой управления устройством полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата, были произведены таким образом, что возможно было возникновение в искусственных мышцах эффекта фрагментации электромагнитных полей не только между формируемыми рабочими группами из компонентов, прикладывающих силу тяги, но и внутри рабочих групп представленными компонентами, прикладывающими силу тяги.In one of the embodiments of the invention, which provides a solution to one or more of the indicated problems or reduces them, there is proposed a method for multifunctional modeling of the neuromuscular apparatus, which consists in the fact that the calculations performed by the control program for the multifunctional modeling of the neuromuscular apparatus were performed as follows in such a way that it was possible that the effect of fragmentation of electromagnetic fields could arise in artificial muscles not only between the working groups formed from the components applying the traction force, but also within the working groups by the presented components applying the traction force.

В одном из вариантов осуществления изобретения, который обеспечивает решение одной или большего количества обозначенных проблем или уменьшает их, предложен способ полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата, заключающийся в том, что при выполнении любого двигательного действия устройством полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата выполняется реализация алгоритма подачи электроэнергии к структурам, прикладывающим силу тяги, на основе анализа осциллограммы, полученной от структур, прикладывающих силу тяги, разделенной на временные отрезки, заключающейся в подсчете коэффициентов функциональной асимметрии:In one of the embodiments of the invention, which provides a solution to one or more of the indicated problems or reduces them, a method for multifunctional modeling of the neuromuscular apparatus is proposed, which consists in the fact that when performing any motor action by the device for multifunctional modeling of the neuromuscular apparatus, the implementation of the feeding algorithm electricity to the structures applying the traction force, based on the analysis of the oscillogram obtained from the structures applying the traction force, divided into time intervals, which consists in calculating the coefficients of functional asymmetry:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где KA 1.1 - коэффициент функциональной асимметрии моделей мышц выполняющих роль агонистов;where KA 1.1 is the coefficient of functional asymmetry of muscle models acting as agonists;

КА 1.2 - коэффициент функциональной асимметрии моделей мышц выполняющих роль антагонистов; CA 1.2 - coefficient of functional asymmetry of muscle models acting as antagonists;

А - количество изменений на осциллограмме справа(агонист);A - the number of changes on the oscillogram on the right (agonist);

В - количество изменений в осциллограмме слева (агонист);B - the number of changes in the oscillogram on the left (agonist);

C - количество изменений в осциллограмме справа(антагонист);C - the number of changes in the oscillogram on the right (antagonist);

D - количество изменений в осциллограмме слева(антагонист),D - the number of changes in the oscillogram on the left (antagonist),

коэффициентов асимметричности и сопряженности моделей мышц:coefficients of asymmetry and conjugation of muscle models:

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
,
Figure 00000004
,

где КА 2.1 - коэффициент асимметрии с учетом взаимодействий между моделями мышц в системе агонист-антагонист;where CA 2.1 is the coefficient of asymmetry, taking into account the interactions between muscle models in the agonist-antagonist system;

KA 2.2 - коэффициент асимметрии с учетом межгрупповых взаимодействий моделей мышц агониста-антагониста и количеством одновременных изменений во временных отрезках на протяжении установленного измерения;KA 2.2 - coefficient of asymmetry, taking into account intergroup interactions of agonist-antagonist muscle models and the number of simultaneous changes in time intervals during the established measurement;

А - количество изменений в осциллограмме справа (агонист);A - the number of changes in the waveform on the right (agonist);

В - количество изменений в осциллограмме слева (агонист);B - the number of changes in the oscillogram on the left (agonist);

C - количество изменений в осциллограмме справа(антагонист);C - the number of changes in the oscillogram on the right (antagonist);

D - количество изменений в осциллограмме слева(антагонист);D - the number of changes in the oscillogram on the left (antagonist);

E - количество одновременных изменений в осциллограмме агониста и антагониста справа;E - the number of simultaneous changes in the waveform of the agonist and antagonist on the right;

F - количество одновременных изменений в осциллограмме агониста и антагониста слева, средне статистических значений всех полученных коэффициентов асимметрий, определяющего фактора симметрии-асимметрии каждой модели мышцы в отдельности: F is the number of simultaneous changes in the oscillogram of the agonist and antagonist on the left, the average statistical values of all obtained asymmetry coefficients, which determines the symmetry-asymmetry factor of each muscle model separately:

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
,
Figure 00000008
,

где А - количество изменений в осциллограмме справа, агонист;where A is the number of changes in the waveform on the right, agonist;

Ар - количество изменений в осциллограмме справа, агонист в предшествующем временном отрезке;Ap - the number of changes in the oscillogram on the right, agonist in the previous time interval;

В - количество изменений в осциллограмме слева, агонист;B - the number of changes in the oscillogram on the left, agonist;

Bp - количество изменений в осциллограмме слева, агонист, в предшествующем временном отрезке;Bp - the number of changes in the waveform on the left, agonist, in the previous time interval;

С - количество изменений в осциллограмме справа, антагонист;C - the number of changes in the oscillogram on the right, antagonist;

Ср - количество изменений в осциллограмме справа, антагонист, в предшествующем временном отрезке;Ср - the number of changes in the oscillogram on the right, antagonist, in the previous time interval;

D - количество изменений в осциллограмме слева, антагонист;D - the number of changes in the oscillogram on the left, antagonist;

Dp - количество изменений в осциллограмме слева, антагонист, в предшествующем временном отрезке,Dp - the number of changes in the waveform on the left, antagonist, in the previous time interval,

причем полученные значения формируют ядро полифункциональной матрицы, которые сопоставляются с данными характеризующими расположения кинематических звеньев устройства в пространстве и критериями их взаимодействия с окружающими объектами, исключительно направленную на решение двигательной задачи заданной пользователем устройства.moreover, the obtained values form the core of the polyfunctional matrix, which are compared with the data characterizing the location of the kinematic links of the device in space and the criteria of their interaction with the surrounding objects, exclusively aimed at solving the motor problem of the device specified by the user.

В одном из вариантов осуществления изобретения, который обеспечивает решение одной или большего количества обозначенных проблем или уменьшает их, предложен способ полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата, заключающийся в том, что при выполнении любого двигательного действия, в случае, когда устройство полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата функционирует, используя биомеханические характеристики оператора, выполняется анализ механических характеристик устройства полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата относительно биомеханических характеристик оператора с расчетом коэффициентов пропорциональности размера:In one of the embodiments of the invention, which provides a solution to one or more of the indicated problems or reduces them, a method for multifunctional modeling of the neuromuscular apparatus is proposed, which consists in the fact that when performing any motor action, in the case when the device for multifunctional modeling of the neuromuscular the device operates using the biomechanical characteristics of the operator, the mechanical characteristics of the device for multifunctional modeling of the neuromuscular apparatus are analyzed in relation to the biomechanical characteristics of the operator with the calculation of the proportionality coefficients of the size:

Figure 00000009
×
Figure 00000010
,
Figure 00000009
×
Figure 00000010
,

где KPS - коэффициент пропорциональности размера;where KPS is the proportionality factor of the size;

Vm - объем мышцы пользователя;Vm is the user's muscle volume;

Vsg - объем смоделированной мышцы оператора;Vsg is the volume of the simulated operator's muscle;

Vs - объем одной структурной единицы, прикладывающей силу тяги;Vs is the volume of one structural unit applying the traction force;

Vsa - средний объем саркомера, коэффициентов пропорциональности скоростных характеристик:Vsa - average volume of the sarcomere, proportionality coefficients of speed characteristics:

Figure 00000011
,
Figure 00000011
,

где KPW - коэффициентов пропорциональности скоростных характеристик;where KPW - coefficients of proportionality of speed characteristics;

Ws - угловая скорость кинематического звена устройства;Ws - angular velocity of the kinematic link of the device;

Wm - угловая скорость кинематического звена пользователя,Wm - angular velocity of the user's kinematic link,

коэффициентов пропорциональности силовых характеристик: proportionality coefficients of power characteristics:

Figure 00000012
,
Figure 00000012
,

где KPF - коэффициент пропорциональности силовых характеристик;where KPF - coefficient of proportionality of power characteristics;

Fs - сила, проявляемая при работе кинематического звена устройства;Fs is the force exerted during the operation of the kinematic link of the device;

Fm - сила, проявляемая при работе кинематического звена пользователя, коэффициентов пропорциональности, структурной устойчивости:Fm is the force exerted during the operation of the user's kinematic link, proportionality coefficients, structural stability:

Figure 00000013
,
Figure 00000013
,

где KPT - коэффициент пропорциональности структурной устойчивости;where KPT is the coefficient of proportionality of structural stability;

Ts - время от начала работы до температуры, при которой происходят критические изменение физических свойств устройства;Ts is the time from the start of operation to the temperature at which critical changes in the physical properties of the device occur;

Tm - время от начала работы до невозможности эффективно выполнять двигательные действия, Tm - the time from the start of work to the inability to effectively perform motor actions,

коэффициентов пропорциональности энергетической устойчивости: proportionality coefficients of energy stability:

Figure 00000014
,
Figure 00000014
,

где KPE - коэффициентов пропорциональности энергетической устойчивости;where KPE - coefficients of proportionality of energy stability;

ΔEs - количество изменений в осциллограмме, полученной от работающей смоделированной мышцы в установленном временном отрезке;ΔEs - the number of changes in the oscillogram obtained from the simulated working muscle in the specified time interval;

ΔEm - количество изменений в огибающей электромиограмме полученной от работающей мышцы пользователя в установленном временном отрезке;ΔEm - the number of changes in the electromyogram envelope obtained from the user's working muscle in the specified time interval;

VBs - время повышенной электрической активности компонентов прикладывающих силу тяги;VBs is the time of increased electrical activity of the components applying the traction force;

VBm - время повышенной электрической активности участка поверхности тела пользователя при работе мышцы, VBm - the time of increased electrical activity of the user's body surface area during muscle work,

причем на основе полученных значений коэффициентов пропорциональности производятся подсчеты корреляционных взаимоотношений со значениями ядра полифункциональной матрицы.Moreover, on the basis of the obtained values of the proportionality coefficients, calculations of the correlation relationships with the values of the core of the polyfunctional matrix are made.

ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯEFFECTS OF THE INVENTION

Согласно вариантам осуществления изобретения, когда блок управления может осуществлять управление структурами приведения в движение на основе полифункциональной матрицы, в которой была произведена подстановка цифровых параметров таким образом, что возможно осуществления моделирования биологических обратных связей.According to embodiments of the invention, when the control unit can control the driving structures based on a multifunctional matrix, in which the substitution of digital parameters has been made in such a way that it is possible to perform biofeedback modeling.

Может быть продемонстрирован достаточный эффект в соответствии со способом полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата, когда получаемые биомеханические параметры оператора приобретают цифровую интерпретацию и применяются в программном обеспечении устройства.A sufficient effect can be demonstrated in accordance with the method of multifunctional modeling of the neuromuscular apparatus, when the obtained biomechanical parameters of the operator acquire a digital interpretation and are applied in the software of the device.

Кроме того, согласно вариантам осуществления изобретения, пользователь может осуществлять управление устройством, моделирующим нервно-мышечный аппарат, не использовав биомеханические характеристики оператора, в том случае, когда блок управление имеет доступ к цифровому коду двигательного действия, который был ранее сохранен на носителе информации.In addition, according to embodiments of the invention, the user can control the neuromuscular apparatus without using the biomechanical characteristics of the operator, when the control unit has access to the digital code of the motor action that was previously stored on the storage medium.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

На Фиг. 1 показано устройство полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата, согласно этому варианту изобретения, когда устройство полностью моделирует нервно-мышечный аппарат человека.FIG. 1 shows a device for multifunctional modeling of the neuromuscular apparatus, according to this embodiment of the invention, when the device completely simulates the neuromuscular apparatus of a person.

На Фиг. 2 на виде спереди, показаны кинематические звенья устройства полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата без моделей мышц, согласно этому варианту изобретения, когда устройство моделирует нервно-мышечный аппарат верхнего плечевого пояса человека.FIG. 2 is a front view, shows the kinematic links of the device for multifunctional modeling of the neuromuscular apparatus without muscle models, according to this embodiment of the invention, when the device simulates the neuromuscular apparatus of the upper shoulder girdle of a person.

На Фиг. 3 показана полноразмерная модель двуглавой мышцы плеча человека.FIG. 3 shows a full-length model of the human biceps brachii.

На Фиг. 4 изображена схема, одного из вариантов расположения компонентов, прикладывающих силу тяги, отличающееся тем, что модели мышц имеют каркасы повышенной подвижности телескопической конструкции.FIG. 4 shows a diagram of one of the variants of the arrangement of the components applying the traction force, characterized in that the muscle models have frames of increased mobility of a telescopic structure.

На Фиг. 5 изображена схема, одного из вариантов расположения компонентов, образующих силу тяги, отличающееся тем, что искусственные мышцы имеют каркасы повышенной подвижности, выполненные в виде оболочки.FIG. 5 shows a diagram of one of the variants of the arrangement of the components that form the traction force, characterized in that the artificial muscles have frames of increased mobility, made in the form of a shell.

На Фиг. 6 показан в разрезе соленоид, имеющий в своей конструкции резьбу, по которой движется рабочее тело.FIG. 6 shows a sectional view of a solenoid having a thread in its design along which the working fluid moves.

На Фиг. 7 показан блок управления, представленный специальным гибридным процессором высокого напряжения.FIG. 7 shows a control unit represented by a dedicated high voltage hybrid processor.

На Фиг. 8 изображена схема подключения простейшей двигательной единицы.FIG. 8 shows the connection diagram of the simplest motor unit.

На Фиг. 9 показан рисунок костюма и видеоочков оператора устройства полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата.FIG. 9 shows a drawing of a suit and video glasses of an operator of a device for multifunctional modeling of the neuromuscular apparatus.

На Фиг. 10 показаны зоны расположения электромиографических электродов, согласно комплементарной схеме расположения.FIG. 10 shows the areas of the location of electromyographic electrodes, according to the complementary arrangement.

На Фиг. 11 показана таблица с примером кода 3-го и 4-го уровня полифункциональной матрицы.FIG. 11 shows a table with an example of the code of the 3rd and 4th level of the polyfunctional matrix.

ОПИСАНИЕ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙDESCRIPTION OF SYMBOLS

1 - устройство полифункционального моделирование нервно-мышечного аппарата1 - device for multifunctional modeling of the neuromuscular apparatus

2 - полноразмерная модель мышцы 2 - full-length muscle model

3 - подвижно соединенное кинематическое звено3 - movably connected kinematic link

4 - канал системы поддержания оптимальной рабочей температуры4 - channel of the system for maintaining optimal operating temperature

5 - блок управления5 - control unit

6 - источник питания 6 - power supply

7 - блок передачи данных 7 - data transmission unit

8 - стойка 8 - rack

9 - полноразмерная модель сухожилия9 - Full Size Tendon Model

10 - полноразмерная модель кисти10 - full size brush model

11 - двигательная единица, представленная группой компонентов, прикладывающих силу тяги 11 - propulsion unit, represented by a group of components that apply a thrust force

12 - канал для электропроводки 12 - channel for wiring

13 - микросоленоид13 - microsolenoid

14 - зазоры между компонентами искусственной мышцы14 - the gaps between the components of the artificial muscle

15 - секция для закрепления компонентов прикладывающих силу тяги15 - section for fixing the components applying the traction force

16 - эластичная оболочка16 - elastic shell

17 - катушка соленоида17 - solenoid coil

18 - композиционный сердечник18 - composite core

19 - стержень с резьбой19 - threaded rod

20 - датчик давления 20 - pressure sensor

21 - полимерная пружина21 - polymer spring

22 - сегменты обмотки катушки соленоида22 - segments of the solenoid coil winding

23- разъемы отрицательного напряжения23- negative voltage connectors

24- разъемы аналоговых данных и рекуперации энергии24-connectors for analog data and energy recovery

25- разъемы положительного напряжения25- positive voltage connectors

26 - пласт микроконтроллеров26 - layer of microcontrollers

27 - пласт релейных компонентов27 - layer of relay components

28 - сверхпроводник28 - superconductor

29 - композиционная оболочка29 - composite shell

30 - проводка30 - wiring

31 - датчик температуры31 - temperature sensor

32 - датчик осциллографа32 - oscilloscope sensor

33 - костюм оператора33 - operator's suit

34 - видео очки 34 - video glasses

35 - мышца35 - muscle

36 - зона головки мышцы36 - area of the muscle head

37 - зона брюшка мышцы37 - abdominal muscle zone

38 - зона хвоста мышцы38 - tail muscle zone

39 - электромиографический микродатчик встроенный в ткань костюма оператора.39 - electromyographic microsensor built into the fabric of the operator's suit.

Claims (74)

1. Устройство полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата, представленное функциональными узлами, компонентами робототехнической системы, а также, по меньшей мере, моделями мышц, прикрепленными к подвижно соединенным кинематическим звеньям, блоком управления, датчиками, системой поддержания оптимальной рабочей температуры, отличающееся тем, что в устройстве полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата модели мышц имеют датчики, каналы для системы поддержания оптимальной рабочей температуры, секции для закрепления компонентов, прикладывающих силу тяги, а также проводки, идущей к датчикам и компонентам, прикладывающим силу тяги от интегральных схем и компонентов интегральных схем. 1. A device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus, represented by functional units, components of a robotic system, as well as at least muscle models attached to movably connected kinematic links, a control unit, sensors, a system for maintaining optimal operating temperature, characterized in that in the device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus, muscle models have sensors, channels for the system for maintaining the optimal operating temperature, sections for fixing the components that apply the traction force, as well as the wiring going to the sensors and components that apply the traction force from the integrated circuits and integrated circuit components ... 2. Устройство полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата по п. 1, отличающееся тем, что в устройстве полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата модели мышц имеют каркасы телескопической конструкции. 2. The device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus according to claim 1, characterized in that in the device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus, the muscle models have frames of a telescopic structure. 3. Устройство полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата по п. 1, отличающееся тем, что в устройстве полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата модели мышц имеют каркасы, выполненные в виде оболочки, формирующей как внешнюю форму, так и внутреннюю конструкцию, за счет того, что оболочка окружает компоненты, входящие в конструкцию искусственной мышцы. 3. The device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus according to claim 1, characterized in that in the device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus, the muscle models have frameworks made in the form of a shell that forms both the external shape and the internal structure, due to the fact that that the shell surrounds the components that make up the artificial muscle. 4. Устройство полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата по п. 1, отличающееся тем, что в устройстве полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата модели мышц укомплектованы соленоидами, имеющими резьбу для движения сердечника. 4. The device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus according to claim 1, characterized in that in the device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus, the muscle models are equipped with solenoids having threads for the movement of the core. 5. Устройство полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата по п. 1, отличающееся тем, что в устройстве полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата имеются герметичные каналы системы поддержания оптимальной рабочей температуры. 5. The device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus according to claim 1, characterized in that the device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus has hermetic channels of the system for maintaining the optimal operating temperature. 6. Устройство полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата по п. 1, отличающееся тем, что в устройстве полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата имеются каналы для системы поддержания оптимальной рабочей температуры и структуры электромагнитного поля, выполненные в виде зазоров между компонентами. 6. The device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus according to claim 1, characterized in that the device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus has channels for the system for maintaining the optimal operating temperature and the structure of the electromagnetic field, made in the form of gaps between the components. 7. Устройство полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата по п. 1, отличающееся тем, что в устройстве полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата блок управления представлен интегральной схемой с дополнительными релейными компонентами.7. The device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus according to claim 1, characterized in that in the device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus, the control unit is represented by an integrated circuit with additional relay components. 8. Устройство полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата по п. 1, отличающееся тем, что в устройстве полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата блок управления представлен гибридным процессором высокого напряжения, где дополнительные релейные компоненты и микроконтроллеры объединены в пласт.8. The device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus according to claim 1, characterized in that in the device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus, the control unit is represented by a high-voltage hybrid processor, where additional relay components and microcontrollers are combined into a layer. 9. Устройство полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата по п. 1, отличающееся тем, что в устройстве полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата встроен блок передачи данных для осуществления управления устройством оператором.9. The device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus according to claim 1, characterized in that a data transmission unit is built into the device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus for controlling the device by the operator. 10. Устройство полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата по п. 1, отличающееся тем, что в своей конструкции имеет компоненты, принимающие цифровую интерпретацию биомеханических характеристик от костюма оператора устройства полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата, в материал которого встроены электромиографические электроды и датчики биомеханического контроля согласно комплементарной схеме расположения. 10. The device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus according to claim 1, characterized in that in its design it has components that accept a digital interpretation of biomechanical characteristics from the operator's suit of the device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus, into the material of which electromyographic electrodes and biomechanical control sensors are embedded according to the complementary arrangement. 11. Способ полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата, заключающийся в том, что в устройстве полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата моделируются биологические обратные связи и динамические образования функциональных связей, осуществляемые нервно-мышечным аппаратом живых существ при решении двигательных задач, отличающийся тем, что в устройстве полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата от электрической цепи, в которую включены интегральные схемы и компоненты интегральных схем, подается электрический ток к компонентам, прикладывающим силу тяги, таким образом, чтобы возможно было образовывать рабочие группы из компонентов, прикладывающих силу тяги, путем реализации алгоритмов матричной структуры с обратной связью на основе цифрового кода, содержащего данные о симметрично-асимметричных изменениях параметров электрического тока в установленных временных отрезках.11. The method of polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus, which consists in the fact that in the device for polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus biological feedbacks and dynamic formations of functional connections are modeled, carried out by the neuromuscular apparatus of living beings when solving motor problems, characterized in that in a device for multifunctional modeling of the neuromuscular apparatus from an electric circuit, in which integrated circuits and integrated circuit components are included, an electric current is supplied to the components applying the traction force, so that it is possible to form working groups from the components applying the traction force by implementing algorithms a matrix structure with feedback based on a digital code containing data on symmetric-asymmetric changes in the parameters of electric current in specified time intervals. 12. Способ полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата по п. 11, отличающийся тем, что расчеты, производимые программой управления устройством полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата, были произведены таким образом, чтобы возможно было возникновение в искусственных мышцах эффекта полифункциональности формирования рабочих групп из компонентов, прикладывающих силу тяги.12. The method of polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus according to claim 11, characterized in that the calculations performed by the control program for the polyfunctional modeling device of the neuromuscular apparatus were performed in such a way that the effect of polyfunctionality of the formation of working groups from components could appear in artificial muscles applying a traction force. 13. Способ полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарат по п. 11, отличающийся тем, что расчеты, производимые программой управления устройством полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата, были произведены таким образом, чтобы возможно было возникновение в искусственных мышцах эффекта фрагментации электромагнитных полей не только между формируемыми рабочими группами из компонентов, прикладывающих силу тяги, но и внутри рабочих групп из компонентов, прикладывающих силу тяги.13. The method of polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus according to claim 11, characterized in that the calculations performed by the control program for the multifunctional modeling of the neuromuscular apparatus were performed in such a way that the effect of fragmentation of electromagnetic fields could occur in artificial muscles not only between formed by the working groups from the components applying the thrust force, but also within the working groups from the components applying the thrust force. 14. Способ полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата по п. 11, отличающийся тем, что при выполнении двигательного действия устройством полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата выполняется реализация алгоритма подачи электроэнергии к компонентам, прикладывающим силу тяги, на основе анализа осциллограммы, разделенной на временные отрезки, заключающейся в подсчете коэффициентов функциональной асимметрии:14. The method of polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus according to claim 11, characterized in that when the motor action is performed by the polyfunctional modeling device of the neuromuscular apparatus, an algorithm for supplying electricity to the components applying the traction force is implemented based on the analysis of the oscillogram divided into time intervals , which consists in calculating the coefficients of functional asymmetry:
Figure 00000015
Figure 00000015
Figure 00000016
,
Figure 00000016
,
где KA 1.1 - коэффициент функциональной асимметрии моделей мышц, выполняющих роль агонистов;where KA 1.1 is the coefficient of functional asymmetry of muscle models acting as agonists; КА 1.2 - коэффициент функциональной асимметрии моделей мышц, выполняющих роль антагонистов; CA 1.2 - coefficient of functional asymmetry of muscle models acting as antagonists; А - количество изменений на осциллограмме справа(агонист);A - the number of changes on the oscillogram on the right (agonist); В - количество изменений в осциллограмме слева(агонист);B - the number of changes in the oscillogram on the left (agonist); C - количество изменений в осциллограмме справа(антагонист);C - the number of changes in the oscillogram on the right (antagonist); D - количество изменений в осциллограмме слева(антагонист), коэффициентов асимметричности и сопряженности моделей мышц: D - the number of changes in the oscillogram on the left (antagonist), the coefficients of asymmetry and conjugation of muscle models:
Figure 00000017
Figure 00000017
Figure 00000018
,
Figure 00000018
,
где КА 2.1 - коэффициент асимметрии с учетом взаимодействий между моделями мышц в системе агонист-антагонист;where CA 2.1 is the coefficient of asymmetry, taking into account the interactions between muscle models in the agonist-antagonist system; KA 2.2 - коэффициент асимметрии с учетом межгрупповых взаимодействий моделей мышц агониста-антагониста и количеством одновременных изменений во временных отрезках на протяжении установленного измерения;KA 2.2 - coefficient of asymmetry, taking into account intergroup interactions of agonist-antagonist muscle models and the number of simultaneous changes in time intervals during the established measurement; А - количество изменений в осциллограмме справа(агонист);A - the number of changes in the waveform on the right (agonist); В - количество изменений в осциллограмме слева(агонист);B - the number of changes in the oscillogram on the left (agonist); C - количество изменений в осциллограмме справа(антагонист);C - the number of changes in the oscillogram on the right (antagonist); D - количество изменений в осциллограмме слева(антагонист);D - the number of changes in the oscillogram on the left (antagonist); E - количество одновременных изменений в осциллограмме агониста и антагониста справа;E - the number of simultaneous changes in the waveform of the agonist and antagonist on the right; F - количество одновременных изменений в осциллограмме агониста и антагониста слева, среднестатистических значений всех полученных коэффициентов асимметрий, определяющего фактора симметрии-асимметрии каждой модели мышцы в отдельности: F is the number of simultaneous changes in the oscillogram of the agonist and antagonist on the left, the average statistical values of all obtained asymmetry coefficients, which determines the symmetry-asymmetry factor of each muscle model separately:
Figure 00000019
Figure 00000019
Figure 00000020
Figure 00000020
Figure 00000021
Figure 00000021
Figure 00000022
,
Figure 00000022
,
где А - количество изменений в осциллограмме справа, агонист;where A is the number of changes in the waveform on the right, agonist; Ар - количество изменений в осциллограмме справа, агонист в предшествующем временном отрезке;Ap - the number of changes in the oscillogram on the right, agonist in the previous time interval; В - количество изменений в осциллограмме слева, агонист;B - the number of changes in the oscillogram on the left, agonist; Bp - количество изменений в осциллограмме слева, агонист, в предшествующем временном отрезке;Bp - the number of changes in the waveform on the left, agonist, in the previous time interval; С - количество изменений в осциллограмме справа, антагонист;C - the number of changes in the oscillogram on the right, antagonist; Ср - количество изменений в осциллограмме справа, антагонист, в предшествующем временном отрезке;Ср - the number of changes in the oscillogram on the right, antagonist, in the previous time interval; D - количество изменений в осциллограмме слева, антагонист;D - the number of changes in the oscillogram on the left, antagonist; Dp - количество изменений в осциллограмме слева, антагонист, в предшествующем временном отрезке, причем полученные значения формируют ядро полифункциональной матрицы, которые сопоставляются с данными, характеризующими расположения кинематических звеньев устройства в пространстве и критерии их взаимодействия с окружающими объектами, исключительно направленные на решение двигательной задачи, заданной пользователем устройства.Dp - the number of changes in the oscillogram on the left, the antagonist, in the previous time interval, and the obtained values form the core of the polyfunctional matrix, which are compared with the data characterizing the location of the kinematic links of the device in space and the criteria for their interaction with surrounding objects, exclusively aimed at solving the motor problem, user-defined device. 15. Способ полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата по п.11, отличающийся тем, что при выполнении любого двигательного действия устройством, в случае когда устройство полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата функционирует, используя биомеханические характеристики оператора, выполняется анализ механических характеристик устройства полифункционального моделирования нервно-мышечного аппарата относительно биомеханических характеристик оператора с расчетом коэффициентов пропорциональности размера:15. The method of polyfunctional modeling of the neuromuscular apparatus according to claim 11, characterized in that when performing any motor action by the device, in the case when the device for multifunctional modeling of the neuromuscular apparatus functions using the biomechanical characteristics of the operator, the analysis of the mechanical characteristics of the device for polyfunctional neuro-modeling is performed. -muscular apparatus relative to the biomechanical characteristics of the operator with the calculation of the proportionality coefficients of the size
Figure 00000023
×
Figure 00000024
,
Figure 00000023
×
Figure 00000024
,
где KPS - коэффициент пропорциональности размера;where KPS is the proportionality factor of the size; Vm - объем мышцы пользователя;Vm is the user's muscle volume; Vsg - объем смоделированной мышцы оператора;Vsg is the volume of the simulated operator's muscle; Vs - объем одной структурной единицы, прикладывающей силу тяги;Vs is the volume of one structural unit applying the traction force; Vsa - средний объем саркомера,Vsa is the average volume of the sarcomere, коэффициентов пропорциональности скоростных характеристик: proportionality coefficients of speed characteristics:
Figure 00000025
,
Figure 00000025
,
где KPW - коэффициент пропорциональности скоростных характеристик;where KPW - coefficient of proportionality of speed characteristics; Ws - угловая скорость кинематического звена устройства;Ws - angular velocity of the kinematic link of the device; Wm - угловая скорость кинематического звена пользователя,Wm - angular velocity of the user's kinematic link, коэффициентов пропорциональности силовых характеристик: proportionality coefficients of power characteristics:
Figure 00000026
,
Figure 00000026
,
где KPF - коэффициент пропорциональности силовых характеристик;where KPF - coefficient of proportionality of power characteristics; Fs - сила, проявляемая при работе кинематического звена устройства;Fs is the force exerted during the operation of the kinematic link of the device; Fm - сила, проявляемая при работе кинематического звена пользователя, Fm is the force exerted during the operation of the user's kinematic link, коэффициентов пропорциональности структурной устойчивости: proportionality coefficients of structural stability:
Figure 00000027
,
Figure 00000027
,
где KPT - коэффициент пропорциональности структурной устойчивости;where KPT is the coefficient of proportionality of structural stability; Ts - время от начала работы до температуры, при которой происходят критические изменения физических свойств устройства;Ts is the time from the start of operation to the temperature at which critical changes in the physical properties of the device occur; Tm - время от начала работы до невозможности эффективно выполнять двигательные действия,Tm - the time from the start of work to the inability to effectively perform motor actions, коэффициентов пропорциональности энергетической устойчивости: proportionality coefficients of energy stability:
Figure 00000028
,
Figure 00000028
,
где KPE - коэффициент пропорциональности энергетической устойчивости;where KPE is the coefficient of proportionality of energy stability; ΔEs - количество изменений в осциллограмме, полученной от работающей смоделированной мышцы в установленном временном отрезке;ΔEs - the number of changes in the oscillogram obtained from the simulated working muscle in the specified time interval; ΔEm - количество изменений в огибающей электромиограмме, полученной от работающей мышцы пользователя в установленном временном отрезке;ΔEm is the number of changes in the electromyogram envelope obtained from the user's working muscle in a specified time interval; VBs - время повышенной электрической активности структур, прикладывающих силу тяги;VBs is the time of increased electrical activity of structures applying traction; VBm - время повышенной электрической активности участка поверхности тела пользователя при работе мышцы, VBm - the time of increased electrical activity of the user's body surface area during muscle work, причем на основе полученных значений коэффициентов пропорциональности производятся подсчеты корреляционных взаимоотношений со значениями ядра полифункциональной матрицы.Moreover, on the basis of the obtained values of the proportionality coefficients, calculations of the correlation relationships with the values of the core of the polyfunctional matrix are made.
RU2020126900A 2020-08-11 2020-08-11 Device and method for polyfunctional modeling of nervous-muscular apparatus RU2750015C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020126900A RU2750015C1 (en) 2020-08-11 2020-08-11 Device and method for polyfunctional modeling of nervous-muscular apparatus
PCT/RU2021/050157 WO2022035352A1 (en) 2020-08-11 2021-06-05 Device and method for polyfunctional modeling of the neuromuscular system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020126900A RU2750015C1 (en) 2020-08-11 2020-08-11 Device and method for polyfunctional modeling of nervous-muscular apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2750015C1 true RU2750015C1 (en) 2021-06-21

Family

ID=76504851

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020126900A RU2750015C1 (en) 2020-08-11 2020-08-11 Device and method for polyfunctional modeling of nervous-muscular apparatus

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2750015C1 (en)
WO (1) WO2022035352A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU901611A1 (en) * 1980-06-10 1982-01-30 Предприятие П/Я А-3744 Electrohydraulic drive
RU2598763C2 (en) * 2014-04-04 2016-09-27 Александр Иванович Алексеев Artificial muscle
KR20160117658A (en) * 2015-03-30 2016-10-11 성균관대학교산학협력단 Artificial muscles actuator of robot
US9662197B2 (en) * 2015-01-15 2017-05-30 Electronics And Telecommunications Reserach Institute Artificial muscle
US10653516B1 (en) * 2018-07-24 2020-05-19 The Government Of The United States As Represented By The Secretary Of The Air Force Electromagnetic artificial muscle

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU901611A1 (en) * 1980-06-10 1982-01-30 Предприятие П/Я А-3744 Electrohydraulic drive
RU2598763C2 (en) * 2014-04-04 2016-09-27 Александр Иванович Алексеев Artificial muscle
US9662197B2 (en) * 2015-01-15 2017-05-30 Electronics And Telecommunications Reserach Institute Artificial muscle
KR20160117658A (en) * 2015-03-30 2016-10-11 성균관대학교산학협력단 Artificial muscles actuator of robot
US10653516B1 (en) * 2018-07-24 2020-05-19 The Government Of The United States As Represented By The Secretary Of The Air Force Electromagnetic artificial muscle

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022035352A1 (en) 2022-02-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102821813B (en) For the equipment by stimulating the body part of peripheral nervous to paralysis to carry out external activation
US20150213191A1 (en) Neural Interface Activity Simulator
CN104306066B (en) Rat leg exercise based on function of spinal nerves electric excitation rebuilds experimental technique
ATE340602T1 (en) STIMULATION DEVICE FOR A LIVING BODY
CN102716000A (en) Seated horizontal type lower limb rehabilitation robot and corresponding assisting training control method
Dariush et al. Stability and a control strategy of a multilink musculoskeletal model with applications in FES
Mussa-Ivaldi et al. Motor-space coding in the central nervous system
RU2750015C1 (en) Device and method for polyfunctional modeling of nervous-muscular apparatus
Wolf et al. Model learning for control of a paralyzed human arm with functional electrical stimulation
Kuhn Modeling transcutaneous electrical stimulation
Rattay et al. Neuron modeling
Bhadra Physiological principles of electrical stimulation
Resatz et al. A model for the electrically stimulated retina
Poboroniuc et al. Design and experimental results of new devices for upper limb rehabilitation in stroke
Szmurlo et al. Numerical model of vagus nerve electrical stimulation
Ayers et al. Controlling biomimetic underwater robots with electronic nervous systems
Kajimoto et al. Electrocutaneous display with receptor selective stimulations
Schearer et al. System identification for 3D force control of a human arm neuroprosthesis using functional electrical stimulation
Lan et al. Biorealistic hand prosthesis with compliance control and noninvasive somatotopic sensory feedback
CN113426007A (en) Closed-loop epidural electrical stimulation system for upper limb functional recovery
Lessard The Design, Consturction, and Evaluation of Crux: A Tensegrity-Inspired Compliant Robotic Upper-Extremity Exosuit
Folgheraiter et al. A multi-modal haptic interface for virtual reality and robotics
CN107391940B (en) Electrical stimulation simulation optimization method based on muscle-bone model
Harris et al. Enhancing Haptic Effects Displayed via Neuromuscular Electrical Stimulation
Bubovich et al. Further Improvement of Customized Vibration Generator for Machine–Human Feedbacks with the Help of Resonant Networks. Electronics 2021, 10, 962