SU942735A1 - Apparatus for controlling exoskeleton movement - Google Patents

Apparatus for controlling exoskeleton movement Download PDF

Info

Publication number
SU942735A1
SU942735A1 SU792798555A SU2798555A SU942735A1 SU 942735 A1 SU942735 A1 SU 942735A1 SU 792798555 A SU792798555 A SU 792798555A SU 2798555 A SU2798555 A SU 2798555A SU 942735 A1 SU942735 A1 SU 942735A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
unit
exoskeleton
filter
moments
motion
Prior art date
Application number
SU792798555A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Викторович Зинковский
Александр Дмитриевич Саблин
Ирина Анатольевна Трофимова
Владимир Анатольевич Чистяков
Original Assignee
Ленинградский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.М.И.Калинина
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 Ленинградский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.М.И.Калинина filed Critical Ленинградский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.М.И.Калинина
Priority to SU792798555A priority Critical patent/SU942735A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU942735A1 publication Critical patent/SU942735A1/en

Links

Description

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам , управления и построения движений экзоскелетонов, и может быть использовано для анализа движений человека и для построения технически новых 5 спортивных движений.The invention relates to medical equipment, namely to devices, control and construction of exoskeleton movements, and can be used to analyze human movements and to build technically new 5 sports movements.

Известно устройство управления движением экзоскелетона, содержащее связанные между собой блок датчиков и блок регистрации усилий и приводы Г 1 ]·A known device for controlling the movement of exoskeleton containing interconnected sensor unit and a unit for recording forces and drives G 1] ·

Однако это устройство сложно в эксплуатации и имеет большие энер-. гозатраты. 15 However, this device is difficult to operate and has high energy. state expenses. fifteen

Цель изобретения - снижение энергозатрат.The purpose of the invention is the reduction of energy consumption.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве управления движением экзоскелетона, содержащем 20 связанные между собой блок Датчиков' й блок регистрации усилий, и приводы, введены последовательно соединенные фильтр, блок вычисления шар2 нирных моментов и блок стабилизации, подключенный к приводам, и соединенные между собой интегратор, связанный с блоком вычисления шарнирных моментов, и блок сравнения; при этом первый выход блока регистрации усилий подключен к фильтру, а второй выход - к входу блока сравнения, вых ход которого связан с фильтром.This goal is achieved by the fact that in the exoskeleton motion control device, containing 20 interconnected Sensors block, the force registration unit, and the drives, a series-connected filter, a unit for calculating spherical moments and a stabilization unit connected to the drives are connected and interconnected an integrator associated with the unit for calculating the articulated moments, and the comparison unit; the first output of the force registration unit is connected to the filter, and the second output is to the input of the comparison unit, the output of which is connected to the filter.

На чертеже изображена блок-схема устройства.The drawing shows a block diagram of a device.

Устройство содержит блок 1 регистрации усилий, фильтр 2., блок 3 вычисления шарнирных моментов, интегратор 4, блок 5 сравнения, блок 6 стабилизации, приводы 7 и блок датчиков 8.The device comprises a force recording unit 1, a filter 2., an articulated moment calculation unit 3, an integrator 4, a comparison unit 5, a stabilization unit 6, drives 7 and a sensor unit 8.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

« Блок 1 регистрирует кинематику и опорные усилия при выполнении движения экзоскелетона. Исходные пока- . затели движения - координаты - регистрируются устройством, куда предварительно вводятся данные о весе, з 942735 4 размерах и моментах инерции звеньев экзоскелетона. В устройстве экспери·; ментальные данные, определенные в дискретные моменты времени, пропускаются через фильтр 2, где производится 5 фильтрация ошибок измерения и численное вычисление производных обобщенных координат^ В блоке 3 вычисления шарнирных моментов решается прямая задача динамики: вычисляются шарнирные мо-»о менты, реализующие данное, движение. С целью контроля точности аппроксимации синтезированных моментов, в интеграторе 4 решается обратная задача динамики: численное интегриро- 15 вание системы дифференциальных уравнений, В блоке 5 сравнения обобщенные координаты, полученные при решении обратной задачй, сравниваются с заданным движением и формируется абсолютная погрешность рассогласования. Введенная обратная связь позволяет снизить ошибки в точности задания исходного движения и уменьшить вычислительные погрешности. 2S “Block 1 registers kinematics and supporting forces when performing exoskeleton movement. The source so far. Movement patterns - coordinates - are recorded by the device, where data on weight are preliminarily entered, with 942735 4 sizes and moments of inertia of exoskeleton links. In the device experiment ·; mental data determined at discrete time instants is passed through filter 2, where 5 measurement errors are filtered and the derivatives of the generalized coordinates are numerically ^ In block 3 of calculating the hinged moments, the direct dynamics problem is solved: the hinged moments are calculated that realize this motion . In order to control the accuracy of the approximation of the synthesized moments, the inverse dynamic problem is solved in integrator 4: numerically integrating a system of differential equations. In block 5 of the comparison, the generalized coordinates obtained when solving the inverse problems are compared with a given movement and an absolute mismatch error is generated. The introduced feedback allows us to reduce errors in the accuracy of the initial motion and to reduce computational errors. 2S

Синтезированные шарнирные моменты поступают в блок 6 стабилизации, где решаются задачи оптимальности и стабилизации движений. Результаты, полученные в этом блоке, выводятся на дисплей,, определяются величины скоростей, ускорений и усилий, которые возникают при выполнении движения' экзоскелетоном. При работе с экзоскелетоном выходы блока 6 стабилизации подключаются через преобразова- 35 тельное устройство к силовым приводам 7 экзоскелетона, и описанная процедура повторяется для контроля за правильностью выполнения движения.The synthesized articulated moments arrive at stabilization unit 6, where the problems of optimality and stabilization of movements are solved. The results obtained in this block are displayed; the values of the speeds, accelerations and forces that arise when the exoskeleton moves are determined. When working with exoskeleton, the outputs of the stabilization unit 6 are connected via a conversion device to the exoskeleton power drives 7, and the described procedure is repeated to control the correct execution of the movement.

Устройство позволяет с большой точностью синтезировать шарнирные моменты для экзоскелетонов, а также дает возможность для изучения и анализа всевозможных движений человека, позволяет в реальном масштабе времени управлять движением экзоскелетонов.The device allows you to synthesize the articulated moments for exoskeletons with great accuracy, and also makes it possible to study and analyze all kinds of human movements, and allows real-time control of exoskeleton movements.

Наличие блока оптимизации обеспечивает экономию энергии приводов.The presence of an optimization unit provides energy savings for the drives.

Claims (1)

Изобретение относитс  к медицинской технике, а именно к устройствам управлени  и построени  движений экзоскелетонов, и может быть использовано дл  анализа движений человека и дл  построени  технически новых спортивных движений. . Известно устройство управлени  движением экзоскелетона, содержащее св занные между собой блок датчиков и блок регистрации усилий и приводы l. Однако это устройство сложно в эксплуатации и имеет большие энер-, гозатраты. Цель изобретени  - снижение энергозатрат . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройстве управлени  движением экзоскелетона, содержащем св занные между собой блок Датчиков и блок регистрации усилий, и приводы , введены последовательно соединенные фильтр, блок вычислени  шар нирных моментов и блок стабилизации, подключенный к приводам, и соединенные между собой интегратор, св занный с блоком вычислени  шарнирных моментов, и блок сравнени ; при этом первый выход блока регистрации усилий подключен к фильтру, а второй выход - к входу блока сравнени , вып ход которого св зан с фильтром. На чертеже изображена блок-схема устройства. Устройство содержит блок 1 регистрации усилий, фильтр 2., блок 3 вычислени  шарнирных моментов, интегратор k, блок 5 сравнени , блок 6 стабилизации , приводы 7 и блок датчиков 8. Устройство работает следующим образом . э Блок 1 регистрирует кинематику и опорные -усили  при выполнении движени  экзоскелетона. Исходные пока- . затели движени  - координаты - регистрируютс  устройством, куда пред-j варительно ввод тс  данные о весе. размерах и моментах инерции звеньев экзоскелетона. В устройстве экспериментальные данные, определенные в ди кретные моменть) времени, пропускают с  через фильтр 2, где производитс  фильтраци  ошибок измерени  и числен ное вычисление производных обобщенны координат: В блоке 3 вычислени  шар нирных моментов решаетс  пр ма  зада ча динамики: вычисл ютс  шарнирные м менты, реализующие данное, движение, С целью контрол  точности аппроксимации синтезированных моментов, в интеграторе А решаетс  обратна  задача динамики: численное интегрирование системы дифференциальных уравнений , В блоке 5 сравнени  обобщенные координаты, полученные при решении обратной задачи, сравниваютс  с заданным движением и формируетс  абсолютна  погрешность рассогласовани . Введенна  обратна  св зь позвол ет снизить ошибки в точности задани  исходного движени  и уменьшить вычислительные погрешности. Синтезированные шарнирные моменты поступают в блок 6 стабилизации, где решаютс  задачи оптимальности и стабилизации движений. Результаты полученные в этом блоке, вывод тс  на дисплей,, определ ютс  скоростей, ускорений и усилий, которые возникают при выполнении движени экзоскелетоном. При работе с экзоскелетоном выходы блока 6 стабилиза ции подключаютс  через преобразовательное устройство к силовым приводам 7 экзоскелетона, и описанна  процедура повтор етс  дл  контрол  за правильностью выполнени  движени . Устройство позвол ет с большой точностью синтезировать шарнирные моменты дл  экзоскелетонов, а также дает возможность дл  изучени  и анализа всевозможных движений человека, позвол ет в реальном масштабе времени управл ть движением экзоскелетонов. Наличие блока оптимизации обеспечивает экономию энергии приводов. Формула изобретени  Устройство у.правлени  движением экзоскелетона, содержащее св занные между собой блок датчиков и блок регистрации усилий, и приводы, отличающеес  тем, что, с целью снижени  энергозатрат, в устройство введены последовательно соединенные фильтр, блок вычислени  шарнирных моментов и блок стабилизации , подключенный к приводам, и соединенные между собой интегратор, св занный с блоком вычислени  шарнирных моментов, и блок сравнени ; при этом первый выход блока регистрации усилий подключен к фильтру, а второй выход - к входу блока сравнени , выход которого св зан с фильтром. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Проскур ков В.Б, и др. Принципы построени  и действи  опорно-двигательного аппарата биотехнической системы типа экзоскелетон. механика, Рига, Наука, 1975, с, 615-619. The invention relates to medical technology, namely, devices for controlling and building movements of exoskeletons, and can be used to analyze human movements and to build technically new sports movements. . A device for controlling the motion of an exoskeleton is known, which contains interconnected sensor units and a force detection unit and actuators l. However, this device is difficult to operate and has large energy and cost. The purpose of the invention is to reduce energy consumption. The goal is achieved by the fact that in the exoskeleton motion control device containing interconnected Sensor unit and force detection unit and drives, sequentially connected filter, unit for calculating hinge moments and stabilization unit connected to drives, and interconnected integrator are introduced associated with a hinge moment calculator and a comparison block; the first output of the force detection unit is connected to the filter, and the second output is connected to the input of the comparator unit, the outlet of which is connected to the filter. The drawing shows a block diagram of the device. The device comprises a force detection unit 1, a filter 2., a unit for calculating hinge moments 3, an integrator k, a comparison unit 5, a stabilization unit 6, actuators 7 and a sensor unit 8. The device operates as follows. The Block 1 registers the kinematics and the reference α-forces when performing the motion of the exoskeleton. The original show-. Motion targets — coordinates — are recorded by the device where the weight data is pre-entered. sizes and moments of inertia of exoskeleton links. In the device, experimental data determined in discrete time are passed through filter 2, where filtering measurement errors are performed and numerical calculation of the derived generalized coordinates is performed: In block 3, the calculation of the hinge moments is solved by the direct dynamics problem: cops that implement this movement, In order to control the accuracy of the approximation of the synthesized moments, the inverse problem of dynamics is solved in integrator A: numerical integration of a system of differential equations, In block 5 Comparisons The generalized coordinates obtained by solving the inverse problem are compared with a given motion and an absolute error of the error is formed. The input feedback reduces errors in the accuracy of the initial motion and reduces computational errors. The synthesized pivot moments arrive at stabilization unit 6, where the problems of optimality and stabilization of motions are solved. The results obtained in this unit, displayed on the display, are determined by the speeds, accelerations and efforts that occur when the motion is performed by the exoskeleton. When operating with an exoskeleton, the outputs of the stabilization unit 6 are connected via a converter device to the exoskeleton power drives 7, and the described procedure is repeated to monitor the correctness of the movement. The device allows to synthesize hinge moments for exoskeletons with great accuracy, and also makes it possible to study and analyze all kinds of human movements, and it allows real-time control of the movement of exoskeletons. The presence of an optimization block provides energy savings for the drives. An invention of a device for controlling the movement of an exoskeleton containing interconnected sensor blocks and a force recording unit, and actuators characterized in that, in order to reduce energy costs, a series-connected filter, an articulated torque calculator and a stabilization unit connected drives and interconnected integrator associated with the hinge moment calculator and the compare block; the first output of the force detection unit is connected to the filter, and the second output is connected to the input of the comparison unit, the output of which is connected to the filter. Sources of information taken into account in the examination 1. Proskurkov VB, and others. Principles of construction and action of the musculoskeletal system of the biotechnical system of the exoskeleton type. mechanics, Riga, Science, 1975, s, 615-619.
SU792798555A 1979-07-18 1979-07-18 Apparatus for controlling exoskeleton movement SU942735A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU792798555A SU942735A1 (en) 1979-07-18 1979-07-18 Apparatus for controlling exoskeleton movement

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU792798555A SU942735A1 (en) 1979-07-18 1979-07-18 Apparatus for controlling exoskeleton movement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU942735A1 true SU942735A1 (en) 1982-07-15

Family

ID=20841604

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU792798555A SU942735A1 (en) 1979-07-18 1979-07-18 Apparatus for controlling exoskeleton movement

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU942735A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2562761C2 (en) * 2009-05-05 2015-09-10 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. System and method of controlling exoskeleton configured to capture object of interest
RU2698364C1 (en) * 2018-03-20 2019-08-26 Акционерное общество "Волжский электромеханический завод" Exoskeleton control method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2562761C2 (en) * 2009-05-05 2015-09-10 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. System and method of controlling exoskeleton configured to capture object of interest
RU2698364C1 (en) * 2018-03-20 2019-08-26 Акционерное общество "Волжский электромеханический завод" Exoskeleton control method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Design and development of a new cable-driven parallel robot for waist rehabilitation
CN106489030A (en) Actuator devices, power-assisted robot and anthropomorphic robot
Staufer et al. State estimation on flexible robots using accelerometers and angular rate sensors
Bai et al. A novel human-robot cooperative method for upper extremity rehabilitation
CN101972170B (en) Self-adapting filter for least square support vector machine and filtering method thereof
Verdel et al. An identification-based method improving the transparency of a robotic upper limb exoskeleton
Hui et al. Design of the iris facility-a modular, reconfigurable and expandable robot test bed
SU942735A1 (en) Apparatus for controlling exoskeleton movement
Roy et al. Investigation of effects of dynamics on intrinsic wrench sensing in continuum robots
JPS58161004A (en) Method and device for teaching robot
Bednarczyk et al. Emg-based variable impedance control with passivity guarantees for collaborative robotics
CN109159120B (en) Active control method and system based on current feedback of joint motor of rehabilitation mechanical arm
Zhang et al. A learning control scheme for upper-limb exoskeleton via adaptive sliding mode technique
Brancati et al. Experimental measurement of underactuated robotic finger configurations via RGB-D sensor
Almusawi et al. Online teaching of robotic arm by human–robot interaction: end effector force/torque sensing
CN107961013A (en) Portable upper extremity exercise coordination detection system
Fang et al. A simplified inverse dynamics modelling method for a novel rehabilitation exoskeleton with parallel joints and its application to trajectory tracking
Aghili et al. Adaptive control of manipulators using uncalibrated joint-torque sensing
Asl et al. Augmenting human power by assistive robots: Application of adaptive neural networks
Lee et al. Controller design for a Stewart platform using small workspace characteristics
CN112140110A (en) Method and system for calculating actual moment of patient of rehabilitation robot
Wang et al. Motion control of a 4-DOF cable-driven upper limb exoskeleton
Lin et al. Design and control of a seven degrees-of-freedom semi-exoskeleton upper limb robot
Li et al. Development of robot bionic eye with spherical parallel manipulator based on oculomotor control model
Tong et al. A novel zero-force control framework for post-stroke rehabilitation training based on fuzzy-PID method