The object of research, development or design (in Russian) : Экзоскелет нижней конечности, исполнительный механизм (ИМ).

The object of research, development or design (in Kazakh) : Аяқ экзоскелеті, орындаушы механизм (ОМ).

Aim of work (in Russian) : Цель проекта: разработка методов и оптимальное проектирование исполнительного механизма (ИМ) экзоскелета нижней конечности комбинированного типа, обладающего преимуществами как активных, так и пассивных экзоскелетов: повышенной жёсткостью, грузоподъёмностью и удельной мощностью на основе использования замкнутых кинематических цепей, минимальным количеством активных силовых приводов, упрощённой конструкцией и системой управления благодаря гравитационно независимой подвеске.

Aim of work (in Kazakh) : Жоба мақсаты: активті және пассивті экзоскелеттердің артықшылықтары бар, яғни тұйық кинематикалық тізбектерді пайдалану негізінде қатаңдығы, жүк көтерімділігі және меншікті қуаты жоғары, белсенді күш жетектерінің саны аз, гравитациялық тәуелсіз аспасы арқасында құрылымы мен басқару жүйесі қарапайым, аралас типтегі аяқ экзоскелетінің орындаушы механизмін (ОМ) оңтайлы жобалау және әдістерді дайындау.

Методы исследования (на русском) : Методы исследования: Решение поставленных задач основано на теоретическом, численном и лабораторных исследованиях. Математическое моделирование будет проводиться на основе методов теоретической механики, теории механизмов и машин, теории синтеза механизмов и разработанных алгоритмов и компьютерных программ расчета, а также на основе современных программных средств Maple, SolidWorks. Для сравнительного анализа и исследования новых функциональных возможностей замкнутых кинематических цепей (ЗКЦ) используются методы анализа и синтеза рычажных механизмов со многими степенями свободы, рационального структурного синтеза. Использованы современные методы механики машин, рационального структурного синтеза и оптимизационного кинематического синтеза теории механизмов и машин. Использование преимуществ замкнутых кинематических цепей и рациональность кинематики ИМ экзоскелета будет обеспечена путём расчленения движения на ортогональные составляющие вдоль двух декартовых координат опорной конечности. На данном этапе разработан математический инструмент для решения задачи оптимального проектирования, созданы методы и и программа анализа и синтеза ИМ экзоскелета. Разработан метод кинематического синтеза многоконтурной замкнутой кинематический цепи экзоскелета, основанный на сведении задачи синтеза к решению аппроксимационной задачи квадратического приближения.

Методы исследования (на казахском) : Зерттеу әдістері: Қойылған міндеттерді шешу теориялық, сандық және зертханалық зерттеулерге негізделген. Математикалық модельдеу теориялық механика әдістеріне, механизмдер мен машиналар теориясына, механизмдердің синтезі теориясына және есептеуге арналған алгоритмдер мен компьютерлік бағдарламаларға, сондай-ақ қазіргі заманғы Maple, SolidWorks бағдарламалық құралдарының негізінде құрылатын болады. Салыстырмалы талдау және тұйық кинематикалық тізбектердің (ТКТ) жаңа функционалдық мүмкіндіктерін зерттеу үшін көптеген еркіндік дәрежесі бар иінтіректі механизмдерді талдау және синтездеу әдістері, рационалды құрылымдық синтез қолданылады. Машина механикасының заманауи әдістері, механизмдер мен машиналар теориясының рационалды құрылымдық синтезі және оңтайландыру кинематикалық синтезі қолданылады. Тұйық кинематикалық тізбектердің артықшылықтарын пайдалану және экзоскелет ОМ кинематикасының ұтымдылығы қозғалысты ортогональды құрамдас бөліктерге бөлу арқылы жасалады. Бұл кезеңде оңтайлы жобалау мәселесін шешуге арналған математикалық құрал әзірленді, ОМ экзоскелетінің талдауы мен синтезінің әдістері мен бағдарламасы жасалды. Квадрат жуықтаудың есебін шешуге синтез есебін азайтуға негізделген көп контурлы тұйық кинематикалық экзоскелет тізбегінің кинематикалық синтезінің әдісі әзірленді.

Obtained results and novelty (in Russian) : Разработан метод многокритериального синтеза, определены оптимальные структурные и метрические параметры ИМ экзоскелета нижней конечности. Проведены работы по исследованию кинематики и силовому анализу полученных ИМ, по изучению напряжённо-деформированного состояния звеньев, а именно получены численные значения кинематических параметров движения, реакций и крутящих моментов в сочленениях искусственной конечности, результаты исследования напряжённо-деформированное состояния звеньев, оценка запаса прочности элементов. Полученные численные значения параметров дает возможность предварительной оценки эффективности системы ИМ экзоскелета, что подтверждает преимущества предлагаемой модели. Разработан 3D-модель, ПКД и макет, который подтверждает работоспособность ИМ экзоскелета нижней конечности. Разработан электронно-управляющие компоненты и система управления движением экзоскелета комбинированного типа. Научная новизна заключается в разработке методов оптимального проектирования и обосновании параметров ИМ экзоскелета нижней конечности комбинированного типа, обладающего достоинствами как активных, так и пассивных экзоскелетов; в повышении жёсткости, грузоподъёмности и удельной мощности ИМ путём использования преимуществ замкнутых кинематических цепей; в минимизации активных силовых приводов, упрощении конструкции и существенной разгрузке системы управления путём декомпозиции движения по степеням свободы и использования гравитационно независимой подвески.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : ККөпкритериалды синтез әдісі жасалды, аяқтың экзоскелетінің ОМ метрикалық параметрлері анықталды. Кинематиканы зерттеу және ол алған ОМ күштік талдау, буындардың кернеулі-деформацияланған жай-күйін зерттеу бойынша жұмыстар жүргізілді, атап айтқанда жасанды аяқ-қолдың буындарындағы қозғалыстың, реакциялардың және айналу моменттерінің кинематикалық параметрлерінің сандық мәндері, буындардың кернеулі-деформацияланған жай-күйін зерттеу нәтижелері, элементтердің қауіпсіздік қорын бағалау алынды. Алынған параметрлердің сандық мәндері ұсынылған модельдің артықшылықтарын растайтын экзоскелеттік ОМ жүйесінің тиімділігін алдын-ала бағалауға мүмкіндік береді. Аяқтың экзоскелетінің ОМ жұмысын растайтын 3D моделі, ЖКҚ және макет жасалды.Электронды басқару компоненттері және біріктірілген типтегі экзоскелеттің қозғалысын басқару жүйесі жасалды.Ғылыми жаңалық белсенді және пассивті экзоскелеттердің артықшылықтарына ие аралас типті төменгі аяқтың экзоскелетінің ОМ параметрлерін оңтайлы жобалау және негіздеу әдістерін әзірлеуде; тұйық кинематикалық тізбектердің артықшылықтарын пайдалану арқылы ОМ-нің қаттылығын, тасымалдау қабілетін және меншікті қуатын арттыруда; белсенді қуатты жетектерді азайтуда, қозғалысты еркіндік дәрежесі бойынша ыдырату және гравитациялық тәуелсіз суспензияны қолдану арқылы басқару жүйесінің конструкциясын жеңілдету және айтарлықтай түсіру.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Основные конструктивные и технико экономические показатели: биомеханическое устройство комбинированного типа (по виду усиления сочленений) будет обладает преимуществами как активных, так и пассивных экзоскелетов благодаря возможности уменьшить количество активных силовых приводов. Силовыми приводами усиливаются только часть сочленений, а пассивные сочленения управляются оператором за счёт собственных мышечных усилий. Вместо традиционного слепого копирования «биологических» принципов организации движения будут использованы преимущества ЗКЦ.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Негізгі конструктивтік және техникалық-экономикалық көрсеткіштер: аралас типтегі биомеханикалық құрылғы (қосылыстарды күшейту түрлері бойынша) белсенді қуат жетектерінің санын азайту мүмкіндігіне байланысты белсенді және пассивті экзоскелеттердің артықшылықтарына ие болады. Күштік жетектер буындардың бір бөлігін ғана нығайтады, ал пассивті буындарды бұлшық ет күштерінің арқасында оператор басқарады. Қозғалысын ұйымдастырудың «биологиялық» принциптерін дәстүрлі көзсіз көшірудің орнына ТКТ артықшылықтары пайдаланылады.

Level of implementation (in Russian) : На этапе эскизного проекта внедрение не предусмотрено.

Level of implementation (in Kazakh) : Эскиздік жоба жасау кезеңінде іске асыру қарастырылмаған.

Efficiency (in Russian) : Благодаря использованию оптимальной кинематики с гравитационно-независимым основным приводом прямолинейного перемещения конечности управляемым силовым приводом будет оснащено только входное звено, которое отвечает за изменение вертикальной составляющей движения – высоты прямолинейной фазы шагового цикла, в то время как перемещение в горизонтальной плоскости будет осуществляться мышцами, которые не несут нагрузку со стороны веса и полезного груза. Это приводит к существенной разгрузке системы управления и к повышению её быстродействия, что в свою очередь влияет на точность генерирования шагового цикла. Экспериментальные исследования на данном этапе не проводились.

Efficiency (in Kazakh) : Аяқтың түзу сызықты қозғалысының гравитациядан тәуелсіз бас жетекпен оңтайлы кинематиканы қолданудың арқасында тек кіріс звеносы қозғалыстың тік құрамдас бөлігін - биіктікті өзгертуге жауап беретін басқарылатын күштік жетекпен жабдықталады, қадамдық циклдің түзу сызықты фазасы, ал көлденең жазықтықта қозғалыс салмақ пен пайдалы жүктемені көтермейтін бұлшықеттермен жүзеге асырылады. Бұл басқару жүйесінің айтарлықтай түсірілуіне және оның өнімділігінің жоғарылауына әкеледі, бұл өз кезегінде қадамдық циклдің генерациясының дәлдігіне әсер етеді. Бұл кезеңде эксперименттік зерттеулер жүргізілген жоқ.

Field of application (in Russian) : Медицинская робототехника, конструкторские бюро, научно-исследовательские институты.

Field of application (in Kazakh) : Медициналық робототехника, конструкторлық бюролар, ғылыми-зерттеу институттары.