Разработка и исследование мехатронного инвалидного кресла-коляски тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Головин Михаил Андреевич

• Головин Михаил Андреевич
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Головин Михаил Андреевич

ВВЕДЕНИЕ

1 Обзор научно-технической и патентной литературы, посвященной системам стабилизации

1.1 Обзор научно-технической литературы

1.2 Системы стабилизации

1.2.1 Функция вертикального перемещения

1.2.2 Система стабилизации в продольной плоскости

1.2.3 Система стабилизации в поперечной плоскости

1.2.4 Комбинированные системы изменения положения сиденья

1.3 Анализ медицинских показаний

1.4 Постановка задач исследования

2 Поиск нового конструктивного решения для системы стабилизации инвалидного кресло-коляски с электроприводом

2.1 Система стабилизации

2.1.1 Кинематическая схема

2.1.2 Переход к квазистатической задаче

2.1.3 Приведенный момент двигателя

2.2 Система рекуперации

2.2.1 Кинематическая схема

2.2.2 Расчет пружины

2.2.3 Исследование привода для компенсации диссипативных потерь

2.3 Снижение массы мехатронного модуля

2.4 Техническая идеология проектирования мехатронной инвалидной кресло-коляска

2.5 Скорость стабилизации

2.6 Выводы по главе

3 Комьютерная модель мехатронного шасси инвалидной кресло-коляски

3.1 Разработка системы управления

3.2 Модель ИКК

3.3 Выводы по главе

4 Результаты исследования

4.1 Исследование математической модели

4.1.1 Стабилизация после въезда на эскалатор

4.1.2 Разгон, движение по прямой и въезд на пандус

4.1.3 Стабилизация при въезде на пандус

4.2 Экспериментальное исследование системы стабилизации

4.3 Расчет энергоэффективности

4.4 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК ИЛЛЮСТРИРОВАННОГО МАТЕРИАЛА

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование мехатронного инвалидного кресла-коляски»

Актуальность темы диссертации

Инвалидное кресло-коляска (ИКК) является одним из видов технических средств реабилитации. Прогулочное ИКК предназначено для повышения мобильности человека, в том числе в условиях мегаполиса.

Решение вопроса расширения возможностей самообслуживания инвалида с учетом городской инфраструктуры связано, в значительной степени, с развитием подходов к повышению мобильности. Учитывая отличительную особенность современного города - оснащенность эскалаторами и траволаторами - расширенная функциональность ИКК в таких условиях способствует более полной интеграции человека в социальную, бытовую и профессиональную среду.

Стабилизация положения сиденья ИКК позволяет обеспечить постоянную (специфическую) позу человека, что уменьшает психическое напряжение оператора и повышает его безопасность. Медицинские показания к обеспечению постоянной (специфической) позы человека в кресло-коляске включают, в том числе: заболевания, последствия травм и деформаций обеих нижних конечностей, таза и позвоночника; последствия травм и заболеваний центральной, периферической нервной системы; баротравму; восстановительный период после хирургических вмешательств на шейном отделе позвоночника. При подобных показаниях необходимо обеспечить постоянное положение сиденья ИКК, в том числе на эскалаторе.

Инвалидные кресла-коляски с системой стабилизации положения сиденья представлены широким спектром конструкций и моделей, в том числе известны решения, предназначенные для использования на эскалаторе. Анализ известных конструкций показал, что в них не применяются системы рекуперации механической энергии, что приводит к снижению энергоэффективности. В связи с этим является актуальной разработка новых подходов к проектированию инвалидных кресло-колясок, предназначенных для использования в условиях мегаполиса, в том числе с системой рекуперации.

Степень разработанности темы

Задача обеспечения и совершенствования процессов стабилизации кресел-колясок решалась многими авторами, однако в научно-технической литературе отсутствует системный подход к анализу и проектированию мехатронных устройств подобного типа.

Первые исследования в области стабилизации платформ относятся к середине ХХ века [1-7]. Авторы Беляев, Русских, Нечувийтер посвятили свои работы проблемам стабилизации при движении. Проблемой стабилизации положения платформы занимались русские и зарубежные авторы Дядченко Н.П., Труфанов Л.С., Дашко О.Г., Посохов Г.Н., Сенюков Д.Н. Теоретическое обоснование и практический расчет рациональных параметров пониженных значений угловых отклонений платформы от ее штатного горизонтального положения принадлежат исследователю Пильгунову [8]. Вопросам автоматизации процесса стабилизации посвящены работы ученых В.С. Щербакова, М.В. Григорьева [10], Hong Chen [10], исследованию характеристик процесса стабилизации - В.Л. Жавнера [11-20], способам и критериям оценки погрешности стабилизации - Нагорного [21], Денисова А.А., эксплуатации систем, в которых реализуется такой процесс - Бортяков Д.Е. [22].

Основное внимание в большинстве перечисленных выше работ уделялось изучению крупных систем (кранов, передвижных платформ с гидроприводами). В области разработки средств для инвалидов значительный вклад внесли И.И. Гнатченко, А.Г. Семёнов, В.В. Цветков, А.Д. Элизов [23], А.А. Красильников, А.Д. Самойлов, Д.М, Долгушев, А.А. Посевкин, М.А. Ткачев.

В области уравновешивания механизмов существенный вклад внесли многие авторы: И.И. Артоболевский, А.И. Корендясев [24], В.Г. Аракелян, И.Д. Белоновская, Л.В. Берестов, Е.П. Рапота, М.В. Семенов, Д.Б. Табуев, Ф.Р. Теппер, Б.И. Турбин, А.Л. Урба, М.Д. Церлюк, В.А. Шепетильников, Б.В. Эдельштейн и др.

Впервые обобщили разрозненные теоретические разработки и экспериментальные данные по уравновешиванию в мехатронных системах А.И. Корендясев, Б.Л. Саламандра, Л.И. Тывес [24]. Работа посвящена основным

вопросам выбора, расчета, изготовления и эксплуатации всего комплекса устройств, применяемых в роботах и мехатронных системах.

Исследования уравновешивания подвижных платформ принадлежат ученым Колчину Н.И. [25], Верховскому В.В., Лакоте Н.А.

В работах P. Sperzynski, J. Balchanowski, A.Gronowicz рассматривается стабилизация положения рамы робота с балансирным подвесом колеса. Предложенные технические решения содержат большое количество приводов и характеризуются повышенным энергопотреблением.

Внимание подобной системе уделено в работе [26]. Адаптивность к неровностям поверхности опоры с целью выполнения необходимых движений оператора исследуется в ряде работ. Предлагаются электрические [27] и пневматические [28] системы стабилизации. При этом обеспечиваемый диапазон движений разрабатываемых и исследуемых систем не позволяет выполнять сочетанные движения: подъем и стабилизацию как в статике, так и в динамике; не позволяет выполнять стабилизацию непрерывно в режиме реального времени.

Для решения подобных проблем с 90-ых гг. разрабатываются различные технические решения. В конце XX века наблюдается смена фокуса с систем подвески колес и осей на стабилизацию положения сиденья (кресла). При этом стабилизация в пространстве является средством обеспечения комфорта пользователя. Она привела к созданию новых устройств - систем стабилизации положения сиденья. Первые концептуальные проработки данного направления появились в 90-ых гг. XX века. В частности, предлагалось использовать, в том числе, манипуляторы. В дальнейшем развитие подобных систем шло по пути стабилизации сиденья в одной плоскости (Galileo Mobility, Observer Maximus) и в нескольких плоскостях (Chiba).

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие системного подхода к проектированию инвалидного кресла-коляски, при котором системы движения, подъема, поворота рассматриваются как единое устройство.

Актуальность указанных вопросов и отсутствие их универсального решения в условиях мегаполиса и развитой инфраструктуры обусловили выбор темы

диссертационного исследования. В данной работе исследуются вопросы энергосбережения и быстродействия шасси инвалидного кресла-коляски для стабилизации положения сиденья в условиях движения на эскалаторе.

Цель и задачи работы

Целью работы является разработка принципа построения инвалидного кресла-коляски с системой стабилизации положения сиденья на базе мехатронных модулей, обеспечивающих энергосбережение при изменении угла наклона и высоты сиденья путем рекуперации с учетом биомеханических требований.

Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи:

1 Проведен анализ применяемых на практике способов стабилизации положения сиденья инвалидных кресло-колясок как элементов биотехнической системы «пользователь-инвалидное кресло-коляска-окружающая среда» и установлены биомеханические требования к скоростям ориентации сидений кресел-колясок при движении по негоризонтальным поверхностям.

2 Разработано схемное решение шасси инвалидного кресла-коляски с нелинейными пружинными аккумуляторами, обеспечивающее перемещение и угловую ориентацию сидения с использованием рекуперируемой энергии с учетом биомеханических требований.

3 Разработана компьютерная модель мехатронного шасси инвалидного кресла-коляски, учитывающая его оригинальную кинематическую схему и ее параметры, энергопотребление, быстродействие, рекуперацию энергии пружинного аккумулятора и профиль поверхности перемещения.

4 Проведено исследование компьютерной модели для оценки энергопотребления линейных актуаторов, в том числе при параметрах, обеспечивающих стабилизацию сиденья мехатронного шасси инвалидного кресла-коляски на эскалаторах, применяемых на инфраструктурных объектах РФ.

5 Предложен алгоритм управления одномоментной компенсацией отклонения (алгоритм стабилизации) сиденья шасси инвалидного кресла-коляски по двум ортогональным осям в зависимости от изменения рельефа поверхности движения, в том числе на склоне (пандусе) и эскалаторе.

6 Проведены испытания макета шасси и его модулей.

Объект исследования

Инвалидная кресло-коляска с системой стабилизации положения сиденья.

Предмет исследования

Геометрические, силовые и динамические параметры мехатронного модуля с рекуперацией энергии и балансирным подвесом колеса.

Научная новизна

1 Впервые установлены биомеханические требования к скоростям ориентации сидений мехатронных кресел-колясок при движении по негоризонтальным поверхностям.

2 Предложено новое схемное решение шасси инвалидного кресла-коляски с четырьмя мехатронными модулями поступательного движения с нелинейными пружинными аккумуляторами, построенными на базе линейных актуаторов, и обеспечивающими перемещение и угловую ориентацию сидения с использованием рекуперируемой энергии с учетом биомеханических требований.

3 Разработана компьютерная модель мехатронного шасси инвалидного кресла-коляски, учитывающая его оригинальную кинематическую схему и ее параметры, энергопотребление, быстродействие, рекуперацию энергии пружинного аккумулятора и профиль поверхности перемещения.

4 На основании исследования компьютерной модели впервые установлено, что применение предложенных модулей позволяет снизить энергопотребление линейных актуаторов на 65,5% при скоростях ориентации и перемещения сиденья, обеспечивающих его адаптацию стабилизацию на эскалаторах, применяемых на инфраструктурных объектах РФ.

5 Предложен алгоритм управления одномоментной компенсацией отклонения (алгоритм стабилизации) сиденья шасси инвалидного кресла-коляски по двум ортогональным осям в зависимости от изменения рельефа поверхности движения, в том числе на склоне (пандусе) и эскалаторе, основанный на слежении за профилем поверхности и регистрации положения сиденья.

6 Испытания макета шасси и его модулей подтвердили адекватность компьютерной модели и количественных оценок (скоростей и энергопотребления), погрешность которых не превышает 10%.

Теоретическая значимость исследования

1 Предложенный принцип конструирования инвалидных кресел-колясок позволяет провести научно-обоснованный выбор конструкций мехатронных модулей стабилизации в зависимости от условий инфраструктуры мегаполиса.

2 Результаты проведённого биомеханического исследования параметров компенсаторных движений пациентов могут быть использованы в дальнейших разработках и исследованиях шасси мобильных транспортных средств для реабилитации.

Практическая значимость исследования

1 Разработанный принцип построения кинематической схемы мехатронного модуля стабилизации и мехатронного шасси на его основе может быть использован при разработке новых шасси мобильных транспортных средств для реабилитации.

2 Предложен алгоритм управления положением сиденья мехатронного шасси, который позволяет управлять стабилизацией положения, в том числе для движения на эскалаторе и по пандусу, изменением высоты и отклонением сиденья.

3 Разработанная компьютерная модель мехатронного шасси инвалидной кресла-коляски позволяет учесть профиль поверхности и рекуперацию энергии мехатронных модулей. Разработанная компьютерная имитационная модель позволяет задать параметры мехатронного инвалидного кресла-коляски и может быть применена на различных этапах проектирования и разработки инвалидных кресел-колясок.

Методология и методы исследования

При решении поставленных задач были использованы:

- методы математического моделирования;

- имитационное моделирование в пакете МАТЬАВ;

- натурные экспериментальные исследования.

Для обработки полученных результатов исследований был использован пакет МАТЬАВ.

Положения, выносимые на защиту:

1) Принцип разработки инвалидных кресел-колясок как звена реабилитационной биотехнической системы «пользователь-инвалидное кресло-коляска-окружающая среда», позволяющий повысить эргономичность в условиях современной городской инфраструктуры.

2) Принцип построения мехатронного модуля стабилизации и шасси на его основе, позволяющий повысить энергоэффективность системы стабилизации и расширить диапазон стандартных рабочих операций пользователя.

3) Алгоритмы стабилизации сиденья мехатронного шасси инвалидной кресло-коляски в двух ортогональных плоскостях, изменения его высоты, а также принудительного отклонения.

4) Компьютерная модель мехатронного инвалидного кресла-коляски, обеспечивающая возможность сравнения и оценки параметров энергоэффективности и быстродействия мехатронного шасси на базе мехатронных модулей стабилизации, которая позволяет учесть профиль поверхности и рекуперацию энергии инвалидного кресла-коляски.

5) Результаты экспериментальных исследований, подтверждающие повышение энергосбережения мехатронного модуля стабилизации при использовании предложенных принципов проектирования.

Степень достоверности полученных результатов

Достоверность научных положений, представленных в работе, результаты исследований и основных выводов подтверждается использованием апробированных методик и воспроизводимостью экспериментальных данных, а также подтверждается:

- корректным применением методов обработки данных и современных пакетов программного обеспечения;

- многоступенчатым подходом к проведению экспериментальных исследований, включающим в себя проверки предложенных принципов и системы управления с помощью:

а) имитационного моделирования на основе пакета МА^АВ в режиме автоматического управления;

б) проведения натурных экспериментов с реальным образцом мехатронного модуля стабилизации.

Апробация работы

Положения и результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях «ЕЮопКш» (Санкт-Петербург, 2019, 2020, 2021 годы), в СПбПУ Петра Великого на «XLVШ международной научно-практической конференции «Неделя науки СПбПУ», в ФГБУ ФНЦРИ им. Г.А. Альбрехта Минтруда России на IV Национальном конгрессе «Реабилитация - XXI век: традиции и инновации» (2021 г.), а также дистанционно на конференции RESNA 2020, г. Техас.

По результатам работы получено и свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Результаты работы внедрены и используются в ФГБУ ФНОЦ МСЭ и Р им. Г.А. Альбрехта Минтруда России, а также в ФГАОУ ВО СПбПУ Петра Великого в учебном процессе при реализации бакалаврской образовательной программы «Инженерная графика» по направлению «Биотехнические системы и технологии».

Результаты диссертационного исследования внедрены и использовались при выполнении:

- гранта РФФИ № 19-38-90262 «Разработка и создание мехатронного модуля стабилизации, робота на его основе и разработка его системы управления»;

- проекта в Конкурсе лучших инновационных проектов в сфере науки и высшего образования Санкт-Петербурга 2017 г. «Повышение эффективности реабилитации инвалидов с нарушениями опорно-двигательного аппарата путем автоматизации технологий протезно-ортопедических изделий»;

- проектов в конкурсах грантов для студентов вузов, расположенных на территории Санкт-Петербурга, аспирантов вузов, отраслевых и академических

институтов, расположенных на территории Санкт-Петербурга: в 2019 г. -«Мехатронный модуль системы стабилизации положения платформы»; в 2020 г. -«Мехатронное инвалидное кресло-коляска».

Публикации

Основные результаты диссертации изложены в шести печатных работах, в числе которых две статьи в изданиях, включенных в перечень рецензируемых научных изданий, рекомендованных ВАК, четыре публикации в сборниках материалов научно-технических конференций. Получено одно свидетельство о регистрации ПО для ЭВМ.

Личный вклад автора

Основные научные положения, компьютерная модель, практические решения, результаты моделирования и теоретические выводы сформулированы и выполнены автором лично.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности

Содержание диссертации соответствует паспорту специальности 2.5.4. Роботы, мехатроника и робототехнические системы по пункту 4. Математическое и полунатурное моделирование мехатронных и робототехнических систем, включая взаимодействие со средой, анализ их характеристик, оптимизация и синтез по результатам моделирования.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка сокращений и обозначений, списка литературы, списка иллюстративного материала и одного приложения. Содержание работы изложено на 110 страницах, включает 58 рисунков и 11 таблиц. Библиографический список насчитывает 95 наименований.

1 Обзор научно-технической и патентной литературы, посвященной системам стабилизации

В работе выполнен анализ информации открытых источников, а также информация, предоставленной разработчиками инвалидных кресел-колясок (ИКК).

1.1 Обзор научно-технической литературы

Количество патентов по теме исследования в базе espacenet: ИКК с внешним источником энергии - 2974; ИКК полноприводная с независимой подвеской колес, не находящихся на одной оси - 35.

Проектируемое устройство относится к техническим средствам реабилитации, а именно к транспортному оборудованию для людей с нарушениями статодинамической функции. В процессе исследования производился поиск, обзор и анализ прототипов инвалидных колясок для преодоления препятствий, способы и системы стабилизации положения инвалида в них, способы подъема по лестничным маршам. В ходе поиска найдены следующие патенты [29-46], проведено ознакомление с ними. Основные индексы МПК, которые встречаются чаще остальных в найденных патентах: А6Ш5/06, А6Ш5/04. Среди авторов патентов Российской Федерации встречаются иностранные компании, а также зарубежные изобретатели, что говорит о значимости российского рынка таких устройств. Патентодержателями преимущественно являются физические лица. Даты вступления патентов в силу показывают, что тема помощи инвалидам и адаптации инвалидных кресел к разным условиям передвижения остается актуальной и в настоящее время.

Задача обеспечения и совершенствования процессов стабилизации кресел-колясок решалась многими авторами, однако в научно-технической литературе отсутствует системный подход к анализу и проектированию мехатронных устройств подобного типа.

Первые исследования в области стабилизации платформ относятся к середине ХХ века [1-7]. Авторы Беляев, Русских, Нечувийтер посвятили свои работы проблемам стабилизации при движении. Проблемой стабилизации положения платформы занимались русские и зарубежные авторы Дядченко Н.П., Труфанов Л.С., Дашко О.Г., Посохов Г.Н., Сенюков Д.Н. Теоретическое обоснование и практический расчет рациональных параметров пониженных значений угловых отклонений платформы от ее штатного горизонтального положения принадлежат исследователю Пильгунову [8]. Вопросам автоматизации процесса стабилизации посвящены работы ученых В.С. Щербакова, М.В. Григорьева [10], Hong Chen [10], исследованию характеристик процесса стабилизации - В.Л. Жавнера [11-20], способам и критериям оценки погрешности стабилизации - Нагорного [21], Денисова А.А., эксплуатации систем, в которых реализуется такой процесс - Бортяков Д.Е. [22].

Основное внимание в большинстве перечисленных выше работ уделялось изучению крупных систем (кранов, передвижных платформ с гидроприводами). В области разработки средств для инвалидов значительный вклад внесли И.И. Гнатченко, А.Г. Семёнов, В.В. Цветков, А.Д. Элизов [23], А.А. Красильников, А.Д. Самойлов, Д.М, Долгушев, А.А. Посевкин, М.А. Ткачев.

В области уравновешивания механизмов существенный вклад внесли многие авторы: И.И. Артоболевский, А.И. Корендясев [24], В.Г. Аракелян, И.Д. Белоновская, Л.В. Берестов, Е.П. Рапота, М.В. Семенов, Д.Б. Табуев, Ф.Р. Теппер, Б.И. Турбин, А.Л. Урба, М.Д. Церлюк, В.А. Шепетильников, Б.В. Эдельштейн и др.

Впервые обобщили разрозненные теоретические разработки и экспериментальные данные по уравновешиванию в мехатронных системах А.И. Корендясев, Б.Л. Саламандра, Л.И. Тывес [24]. Работа посвящена основным вопросам выбора, расчета, изготовления и эксплуатации всего комплекса устройств, применяемых в роботах и мехатронных системах.

Исследования уравновешивания подвижных платформ принадлежат ученым Колчину Н.И. [25], Верховскому В.В., Лакоте Н.А..

Внимание подобной системе уделено в работе [26]. Адаптивность к

неровностям поверхности опоры с целью выполнения необходимых движений оператора исследуется в ряде работ. Предлагаются электрические [27] и пневматические [28] системы стабилизации. При этом обеспечиваемый диапазон движений разрабатываемых и исследуемых систем не позволяет выполнять сочетанные движения: подъем и стабилизацию как в статике, так и в динамике; не позволяет выполнять стабилизацию непрерывно в режиме реального времени.

Для решения подобных проблем с 90-ых гг. разрабатываются различные технические решения. В конце XX века наблюдается смена фокуса с систем подвески колес и осей на стабилизацию положения сиденья (кресла). При этом стабилизация в пространстве является средством обеспечения комфорта пользователя. Она привела к созданию новых устройств - систем стабилизации положения сиденья. Первые концептуальные проработки данного направления появились в 90-ых гг. XX века. В частности, предлагалось использовать, в том числе, манипуляторы. В дальнейшем развитие подобных систем шло по пути стабилизации сиденья в одной плоскости (Galileo Mobility, Observer Maximus) и в нескольких плоскостях (Chiba).

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие системного подхода к проектированию инвалидного кресла-коляски, при котором системы движения, подъема, поворота рассматриваются как единое устройство.

Проектируемое ИКК планируется к использованию в условиях современного мегаполиса. Для него характерна своеобразная окружающая среда (среда обитания). Ее особенностью является высокая степень сформированности. Частными элементами являются пандусы с углом более 100 (рисунок 1.1), надземные пешеходные переходы (рисунки 1.2-1.4), эскалаторы.

Рисунок 1.1 - Спуск на станции метро «Выборгская» под углом 25о

Рисунок 1.2 - Надземный переход на пересечении пр. Славы с ул. Будапештской, максимальный угол наклона 5о

а)

б)

а) схема; б) фото

Рисунок 1.3 - Надземный пешеходный переход на Таллинском шоссе в г. Санкт-

Петербурге

Рисунок 1.4 - Надземный пешеходный переход в г. Санкт-Петербурге

Анализ реабилитационной биотехнической системы «инвалид - коляска -городская инфраструктура» показал необходимость учеты взаимодействия пользователя со средой на этапе проектирования. Каналы взаимодействия: I -Информационный, Б - физический, в том числе М - механический, Е -энергетический (рисунок 1.5).

Окружающая среда (социальный компонент)

3: I

4:

5: I

1: I, Р, Е

Пациент

Инвалидная кресло-коляска

2: I, Р

7: I

8: I, Е

9: F, М

10: Р

Окружающая среда (физический компонент)

Рисунок 1.5 - Реабилитационная биотехническая система «инвалид -инвалидное кресло-коляска - городская инфраструктура»

Типовые операции, установленные в результате анализа биотехнической системы, полностью выполнимы здоровым человеком, но подвластны оператору инвалидного кресла-коляски в ограниченном диапазоне [45-47]. К ним относятся следующие стандартные рабочие операции:

- движение по горизонтальной поверхности;

- подъем и спуск по наклонной поверхности (а < 10°);

- въезд и съезд с эскалаторов;

- преодоление одиночного препятствия высотой 100 мм;

- диапазон перемещения по высоте: до наиболее высокой точки сиденья 800 мм (посадка за высоким столом) и до 420 мм - посадка за типовым столом;

- подъезд к письменному столу (возможность разместиться за столом без задевания его подлокотниками) и отъезд от него.

Комбинации движений кресла-коляски [49] (рисунок 1.6):

1) въезд, движение к наклонной поверхности, движение передом;

2) въезд, движение от наклонной поверхности, движение передом;

3) съезд, движение к наклонной поверхности, движение передом;

4) съезд, движение от наклонной поверхности, движение передом;

5) въезд, движение к наклонной поверхности, движение задом;

6) въезд, движение от наклонной поверхности, движение задом;

7) съезд, движение к наклонной поверхности, движение задом;

8) съезд, движение от наклонной поверхности, движение задом.

Рисунок 1.6 - Типовые ситуации движения разрабатываемого ИКК рядом с уклоном (пандусом) (пояснения в тексте)

Биомеханическое обследование пациентов позволило определить необходимое быстродействие системы стабилизации - не более 1,9 с. На основании проведенного анализа сделан вывод о том, что необходимо разработать и исследовать шасси и его систему управления для перемещения инвалида в условиях мегаполиса.

1.2 Системы стабилизации

Постоянное положение сиденья ИКК позволит нивелировать отклонение оператора от горизонта.

В разделе приведен ряд базовых моделей функциональных узлов кресла-коляски, особенности проектирования, анализ преимуществ и недостатков имеющихся аналогов.

Предлагается следующая классификация инвалидных кресел-колясок с системами стабилизация сиденья.

По наличию системы стабилизации:

- без стабилизации сиденья;

- со стабилизацией сиденья.

По компоновке:

- без шасси, при этом все элементы крепятся к раме, на которой установлено сиденье;

- с шасси, при этом основные элементы (батарея, движители и др.) закреплены на нем, а сиденье отклоняется относительно шасси.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Головин Михаил Андреевич, 2025 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 А/с SU 126621 A1 1960.

2 RU 2093371 C1 1997.

3 SU 1379136 1988.

4 RU 2022824 C1 1994 / Транспортное средство с электротягой.

5 А/с 932005 от 30.05.1982.

6 А/с 1044591 от 20.11.1980.

7 Корендясев А.И., Саламандра Б.Л., Тывес Л.И., и др. Манипуляционные системы роботов. - М.: Машиностроение. - 1989. - С.279-286.

8 Пильгунов В.Н., Ефремова К.Д. Гидропневматическая подвеска стабилизированной по горизонту грузовой платформы / Машины и установки: проектирование, разработка и эксплуатация // 2015, 5, СТР. 13-32.

9 Щербаков В.С., Корытов М.С., Григорьев М.Г. Автоматизация проектирования устройств управления положением платформы строительной машины / Омск: СибАДИ, 2011. - 119 с.

10 Wei Xu, Hong Chen, Haiyan Zhao, Bingtao Ren. Torque optimization control for electric vehicles with four in-wheel motors equipped with regenerative braking system / Mechatronics. Vol. 57, 2019, PP. 95-108

11 Челпанов И.Б. Автоматические технологические машины и оборудование. Испытание машин: Учебное пособие/Под ред. д-ра техн. наук., проф. В.Л. Жавнера - Спб.: Изд-во Политехн. Ун-та, 2008. -296с.

12 Жавнер В. Л., Смирнов А. Б. Мехатронные системы. Учебное пособие, Министерство образования и науки Российской федерации, Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. Санкт-Петербург. 2011.

13 Жавнер В.Л., Абрамов, А.М., Мацко О. Н., Жавнер. М.В. Мехатронные рекуперативные приводы для цикловых перемещений: Учеб. пособие. -В.Новгород: Изд-во Новгородского ун-та, 2013. - 97 с.

14 Жавнер В.Л., Мацко О.Н., Жавнер М.В. Рекуперативные приводы для цикловых перемещений. Deutschland, Saarbrucken, Palmarium Academic Publishing, 2014. 90 с.

15 Жавнер В.Л., Мацко О.Н., Пружинные приводы с уравновешиванием для горизонтальных возвратно-поступательных перемещений -М.: Вестник научно-технического развития 2016 № 5, с. 12-17.

16 Zhavner V.L., Matsko O.N. Spring drives for reciprocal motion - М.: Journal of Machinery Manufacture and Reliability, 2016, Vol.45, No.1, pp.1-5. Allerton Press, Inc., 2016.

17 Пелупесси Д.С., Жавнер М.В. Пружинные аккумуляторы с выходным поворотным звеном для шаговых перемещений // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2016. № 10 (679). С. 9-17.

18 Zhavner V.L., Matsko O.N., Zhavner M.V. Comparative Analysis of Mechatronic Drives for Reciprocal Motion. International Review of Mechanical Engineering (I.RE.ME.) 2018, No.12. 9. pp 784-789.

19 Victor L. Zhavner, Wen Zhao, Chuanchao Yan and Long Wu, Research and Development of a Spring Drive with Recovery Energy in the Presence of a Variable Inertial Load // Advances in Mechanical Engineering Selected Contributions from the Conference "Modern Engineering: Science and Education", Saint Petersburg, Russia, June 2019. p. 209-220.

20 Milana V. Zhavner, Sen Li and Chuanchao Yan, Research of Spring Accumulators with Output Rotary Link Used in Technological Equipment to Reduce Energy Consumption // Advances in Mechanical Engineering Selected Contributions from the Conference "Modern Engineering: Science and Education", Saint Petersburg, Russia, June 2019. p. 221-232.

21 Нагорный В.С., Денисов А.А. Устройства автоматики гидро- и пневмосистем / Учебное пособие - М., Высшая школа, стр. 367.

22 Бортяков Д.Е., Мещеряков С.В., Иванов В.М. Анализ эксплуатационных дефектов грузоподъемного оборудования в системе автоматизированного проектирования / Научно-технические ведомости СПбГПУ.— СПб., 2011 .— №6.2(138)/2011: Информатика. Телекоммуникации. Управление.— С. 95-102.

23 Красильников А.А., Семенов А.Г., Элизов А.Д. Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, СПб. Лестничный подъемник семейства «Вектор» в подкатном варианте для лиц с ограниченной подвижностью

24 Корендясев А.И., Саламандра Б.Л., Тывес Л.И. Теоретические основы робототехники. В 2 кн. - М.: Наука. - 2006. - 376 с.

25 Колчин Н.И. Механика машин. 2-е изд., перераб. - Москва; Ленинград: Машгиз. [Ленингр. отд-ние], 1962-1963. - 2 т.; 22 см.

26 Voronin, S. G. Electric wheelchair: concept and problems of implementation / S. G. Voronin, D. V. Karabutov, A. I. Salgreen // Herald SUSU. A Series Of "Energy". 2001. - vol. 1. - № 4 (04). - P. 84-88.

27 A. Raj, j. Stanley, M M. Krishna, S. Simon, Chennakeshava R. Automated wheelchair for increased mobility against architectural barriers. International journal of electrical, electronics and data communication, Vol.5, Is.5, 2017.

28 Наземцев А. С. Гидравлические и пневматические системы. Часть 1. Пневматические приводы и средства автоматизации: Учебное пособие. - М.: ФОРУМ, 2004. - 240с, ил.

29 EP 3207909 A1 2019 / Supporting structure.

30 CN 205698285 2019 / Full-intelligent balance wheelchair frame.

31 US 20160287456 2017 / Wheelchair suspension.

32 KR 1020100013892 A wheelchair capable of easy driving on stairs and keeping stable horizontal state.

33 EP 1161216 B1 2005 / Control system and method for wheelchair.

34 RU 2312788 C2 2007 / Шасси транспортного средства для движения, в частности, по лестницам.

35 RU 2303975 C2 2007 / Инвалидная коляска.

36 RU 175668 U1 2017 / Инвалидная кресло-коляска.

37 RU 2538548 C1 2015 / Трехколесная инвалидная коляска.

38 RU 2564623 C2 2015 / Устройство, позволяющее электрической инвалидной коляске преодолевать препятствия.

39 RU 2537206 C1 2014 / Устройство рекуперации энергии транспорта с электрическим приводом.

40 RU 2535358 C2 2014 / Система рекуперации энергии в устройствах для перемещения грузов.

41 RU 2586481 C 2016 / Подвеска для электрического кресла-коляски.

42 RU 177004 U1 2018 / Подвеска сиденья транспортного средства.

43 RU 167627 U1 2017 / Электромеханическая подвеска.

44 EP 1161216 B1 2005.

45 Леонтьева, Е.Г. Доступная среда и универсальный дизайн глазами инвалида. Базовый курс / Е.Г. Леонтьева. - Екатеринбург: Татлин, 2013. - 128 с.

46 Reinventing the Wheelchair Velikis Kyparissis SCHOOL OF ECONOMICS, BUSINESS ADMINISTRATION & LEGAL STUDIES A thesis submitted for the degree of Master of Science (MSc) in Strategic Product Design March 2018 Thessaloniki -Greece.

47 Росков Р.В., Андриевская А.О., Курдыбайло С.Ф., Никитченко И.И., Петрова Н.С. Использование технических средств реабилитации инвалидов с заболеваниями и последствиями травм костно-мышечной системы. Учебно-методическое пособие. Санкт-Петербург, 2008 г.

48 L. Neville. The fundamental principles of seating and positioning in children and young people with physical disabilities. 2005.

49 RU 194765 U1

50 US 8807250 B2

51 WO 2023001238 A2

52 RU (11) 2 018 453 (13) C1, 2000

53 Y. Bar-Cohen, D. Hanson, The Coming Robot Revolution, DOI 10.1007/978-0-387-85349-9_4

54 Дресевич Г. Проблемы механики. Вып. 3.M., Издатинлит, 1961, с.191.

55 Тимофеев Г. А., Самойлова М. В., Панюхин В. В. Анализ критериев самоторможения с точки зрения их обоснованности // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия «Машиностроение». 2013. №4 (93). URL:

https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-kriteriev-samotormozheniya-s-tochki-zreniya-ih-obosnovannosti (дата обращения: 09.09.2019).

56 Стариков А.Н. Механизмы, основанные на взаимодействии тел по плоскости. Теория механизмов и машин. Т. 17. 2019 №1(41). DOI 10.5862/TMM.41.3.

57 Турпаев А.Н. Самотормозящие механизмы. Изд. 2-е. М., «Машиностроение», 1976, 208 с.

58 Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам.

59 Диксон Дж. Проектирование систем. Изобретательство, анализ и принятие решений. М., изд-во Мир, 1969.

60 Нетушил, А.В.Теория автоматического управления. 1976. Изд-во: М.: Высшая школа; Изд. 2. СС. 400.

61 Надеждин И.В., Мочанов А.А. Динамика мехатронных рекуперативных приводов загрузочных устройств автоматизированных сборочных систем // Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П. А. Соловьева, -2015. -№ 1(32). -С.19-24.

62 Jorge Candiotti, Hongwu Wang, Cheng-Shiu Chung, Deepan C Kamaraj, Garrett G Grindle, Motoki Shino, Rory A Cooper // Design and evaluation of a seat orientation controller during uneven terrain driving / Medical Engineering and Physics / 38 (2016) С. 241-247.

63 J.F. Borisoff, L.T. McPhail. The development of an ultralight wheelchair with dynamic seating. 2010.

64 ME450 Senior Design Project: Elevating Wheelchair / 2007 / Final Report, Team 3: Section 2 / Koren, J. Diaz, C. Helfenstine, S. Hyder, M. Kannangara.

65 G. Quaglia, M. Nisi. Design of a self-leveling cam mechanism for a stair climbing wheelchair / Mechanism and Machine Theory // Vol.112, 2017, Pages 84-104 http s://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory .2017.02.003.

66 Hinderer, Michael & Friedrich, Petra & Wolf, Bernhard. (2017). An autonomous stair-climbing wheelchair. Robotics and Autonomous Systems. 94. 10.1016/j.robot.2017.04.015.

67 Weijun Tao, Junyi Xu, Tao Liu. Electric-powered wheelchair with stair-climbing ability / International Journal of Advanced Robotic Systems / Volume: 14 issue: 4. https://doi.org/10.1177/1729881417721436.

68 Arslan, S., & Temeltas, H. (2011). Robust motion control of a four wheel drive skid-steered mobile robot. 2011 7th International Conference on Electrical and Electronics Engineering (ELECO), II-415-II-419.

69 Balchanowski, J. (2016). Modelling and simulation studies on the mobile robot with self-leveling chassis. Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 54(1), 149-161. https://doi.org/10.15632/jtam-pl.54.1.149.

70 Sperzynski, P. G., Balchanowski, J., Gronowicz, A. (2020). Simulation of motion of a mobile robot on uneven terrain. Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 58(2), 541-552. https://doi.org/10.15632/jtam-pl/119062

71 Trojnacki M. (2015) Dynamics Model of a Four-Wheeled Mobile Robot for Control Applications - A Three-Case Study. In: Filev D. et al. (eds) Intelligent Systems'2014. Advances in Intelligent Systems and Computing, vol 323. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-11310-4_10.

72 Динамика управления роботами / В. В. Козлов [и др.]. М. : Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1984. 384 с.

73 Tarokh, M. A unified kinematics modeling, optimization and control of universal robots: from serial and parallel manipulators to walking, rolling and hybrid robots. Auton Robot 44, 1233-1248 (2020). https://doi.org/10.1007/s10514-020-09929-6.

74 Luo, Y., Li, Q. & Liu, Z. Design and optimization of wheel-legged robot: Rolling-Wolf. Chin. J. Mech. Eng. 27, 1133-1142 (2014). https://doi.org/10.3901/CJME.2014.0905.144.

75 Головин М.А., Шестаков К.Д., Сафаров В.Д. Разработка мехатронного модуля с уравновешивающим устройством и создание робота на его основе / Международный научно-исследовательский журнал. 2021. № 8-1 (110). С. 60-68.

76 Жавнер М.В., Головин М.А., Ли С. Использование нелинейных пружинных аккумуляторов в системах уравновешивания и мехатронных

пружинных приводах / Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2020. Т. 63. № 4. С. 330-337.

77 Golovin, M. A. Mechatronic Stabilization System for Wheelchair Seat / M. A. Golovin // Proceedings of the 2021 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElConRus 2021, Moscow, 26-28 января 2021 года. - Moscow, 2021. - P. 903-906. - DOI 10.1109/ElConRus51938.2021.9396397.

78 Wheelchair Stabilization and Control System / M. A. Golovin, X. Liu, J. Zhang, W. Wu // Proceedings of the 2020 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, EIConRus 2020, St. Petersburg and Moscow, 27-30 января 2020 года. - St. Petersburg and Moscow: Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2020. - P. 653-655. - DOI

10.1109/EIConRus49466.2020.9039384.

79 Golovin, M. A. Wheelchair balancing control system / M. A. Golovin, A. R. Sufelfa // Proceedings of the 2019 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElConRus 2019, Saint Petersburg - Moscow, 2830 января 2019 года. - Saint Petersburg - Moscow: Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2019. - P. 514-517. - DOI 10.1109/EIConRus.2019.8656780.

80 Golovin, M.A. Powered Wheelchair Seat Stabilization System / Assistive technology. - 2021. - Vol: 33. - Is: 3. - P: 168. WOS:000679546600062.

81 Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021665453 Российская Федерация. Система управления инвалидной кресло-коляской с мехатронными модулями стабилизации: № 2021664277: заявл. 13.09.2021: опубл. 27.09.2021 / М. А. Головин. - EDN RSCURZ.

82 Головин, М. А. Анализ структуры обеспечения инвалидными креслами-колясками в России за период 2017-2021 гг. (до и во время эпидемических ограничений) / М. А. Головин, Ф. Н. Клименко // Физическая и реабилитационная медицина. - 2023. - Т. 5, № 3. - С. 41-48. - DOI 10.26211/2658-4522-2023-5-3-4148. - EDN MZHPLX. (ВАК)

83 Реабилитация инвалидов: Национальное руководство. Краткое издание /

А. Н. Разумов, Г. Р. Абусева, А. О. Андриевская [и др.] ; Межрегиональная общественная организация "Научное общество физической и реабилитационной медицины". - Москва : Общество с ограниченной ответственностью Издательская группа "ГЭОТАР-Медиа", 2020. - 544 с. - ISBN 9785970456187. - DOI 10.33029/9704-5618-7-REI-220-1 -544.

84 Golovin, M. A. Development and Research of a Platform Stabilization Module Mathematical Model / M. A. Golovin // Journal of Mechanical Engineering Research and Developments. - 2021. - Vol. 44. - No 9. - P. 45-52.

85 Головин, М. А. Динамическая стабилизация подвижной платформы / М. А. Головин // Инновации и перспективы развития горного машиностроения и электромеханики: IPDME-2020: Сборник тезисов. Секция «Круглый стол молодых ученых» VII Международной научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 23-24 апреля 2020 года. - Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский горный университет, 2020. - С. 84-88.

86 Головин, М. А. Разработка макета модуля стабилизации мехатронного инвалидного кресла-коляски / М. А. Головин // Неделя науки СПбПУ: Материалы научной конференции с международным участием. В 2-х частях, Санкт-Петербург, 18-23 ноября 2019 года. - Санкт-Петербург: Политех-Пресс, 2020. - С. 29-31.

87 Щербина, К. К. Разработка системы стабилизации положения платформы кресла-коляски для инвалидов / К. К. Щербина, А. Р. Суфэльфа, М. А. Головин // Первый Югоосетинско-Российский симпозиум по медико-социальной реабилитации: Сборник публикаций I-го югоосетинско-российского симпозиума «Медикосоциальная реабилитация», Цхинвал, 29 октября 2018 года / Министерство здравоохранения и социального развития республики Южная Осетия. Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования Министерства здравоохранения Российской Федерации. Первый московский государственный медицинский университет имени И.Н. Сеченова (Сеченовский университет) Министерства здравоохранения Российской Федерации. - Цхинвал: МО: Осипов А.А., 2019. - С. 102-104.

88 Головин, М. А. Анализ физиологических движений стабилизации в отделах позвоночника при движении по пандусу в инвалидном кресле-коляске / М. А. Головин, Е. А. Скребенков, А. А. Кольцов // Физическая и реабилитационная медицина. - 2019. - Т. 1. - № 1. - С. 38-41. - DOI 10.26211/2658-4522-2019-1-1-38-41.

89 Головин, М. А. Стабилизация положения пациента в инвалидном кресле- коляскев реабилитации при болезняхпозвоночника / М. А. Головин, А. А. Першин // Ортотерапия межведомственное и междисциплинарное взаимодействия в клиническом ортезировании и реабилитации: Материалы научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 18-19 мая 2018 года. - Санкт-Петербург: Без издательства, 2018. - С. 12-13.

90 Головин, М. А. Показания к использованию мехатронного инвалидного кресла-коляски с фиксированным положением сиденья / М. А. Головин, А. А. Першин // Технологии реабилитации: наука и практика: Материалы Международной научной конференции, Санкт-Петербург, 25-26 апреля 2018 года / Главный редактор Г.Н. Пономаренко. - Санкт-Петербург: ООО "Р-КОПИ", 2018. - С. 164-165.

91 Головин, М. А. Анализ компенсаторных движений в отделах позвоночника при движении по пандусу в инвалидном кресле-коляске / М. А. Головин, Е. А. Скребенков, А. А. Кольцов // Реабилитация - XXI век: традиции и инновации : Сборник статей материалов II Национального конгресса с международным участием, Санкт-Петербург, 12-13 сентября 2018 года / Главный редактор Г.Н. Пономаренко. - Санкт-Петербург: ООО "ЦИАЦАН", 2018. - С. 303306.

92 Суфэльфа, А. Р. Разработка системы стабилизации хирургического операционного стола в мобильной транспортной системе / А. Р. Суфэльфа, М. А. Головин // Биотехнические, медицинские, экологические системы и робототехнические комплексы - Биомедсистемы-2018: Сборник трудов XXXI Всероссийской научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов, Рязань, 04-06 декабря 2018 года / Под общей редакцией В.И.

Жулева. - Рязань: И.П. Коняхин А.В. (Book Jet), 2018. - С. 477-479.

93 Суфэльфа, А. Р. Разработка системы управления мехатронным модулем подвески платформы с уравновешиванием / А. Р. Суфэльфа, М. А. Головин // Биотехнические, медицинские, экологические системы и робототехнические комплексы - Биомедсистемы-2018: Сборник трудов XXXI Всероссийской научно -технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов, Рязань, 04-06 декабря 2018 года / Под общей редакцией В.И. Жулева. - Рязань: И.П. Коняхин А.В. (Book Jet), 2018. - С. 479-482.

94 Головин, М. А. Способ уменьшения габаритных размеров системы уравновешивания на базе нелинейного пружинного аккумулятора / М. А. Головин, О. Н. Мацко, В. Л. Жавнер // Неделя науки СПбПУ: материалы научной конференции с международным участием, Санкт-Петербург, 19-24 ноября 2018 года. - Санкт-Петербург: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого", 2018. - С. 12-14.

95 Головин, М. А. Вариант компоновки инвалидного кресла-коляски для перемещения по неровным поверхностям / М. А. Головин, В. Л. Жавнер // Неделя науки СПбПУ: материалы научной конференции с международным участием, Санкт-Петербург, 13-19 ноября 2017 года. - Санкт-Петербург: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого", 2017. - С. 11-14.

СПИСОК ИЛЛЮСТРИРОВАННОГО МАТЕРИАЛА

Таблица 1.1 - Классификация инвалидных кресел-колясок с системами стабилизация сиденья с шасси

Таблица 1.2 - Функциональность современных кресел-колясок Таблица 2.1 - Характеристика пружин по ГОСТ 13775-86 и их необходимое количество

Таблица 2.2 - Максимальные напряжения в рычаге 2 двухзвенника. Таблица 2.3 - Максимальные перемещения в рычаге 2 двухзвенника. Таблица 3.1 - Комбинации назначения мехатронных модулей стабилизации по предложенной классификации и соответствующие им ситуации движения

Таблица 3.2 - Значения параметров определения требуемой комбинации движения

Таблица 3.3 - Координаты смещения модулей относительно центра платформы

Таблица 3.4 - Параметры систем координат первого звена Таблица 3.5 - Параметры систем координат второго звена Таблица 4.1. Характеристики используемых силовых и скоростных электроприводов

Рисунок 1.1 - Спуск на станции метро «Выборгская» под углом 25о Рисунок 1.2 - Надземный переход на пересечении пр. Славы с ул. Будапештской, максимальный угол наклона 5о

Рисунок 1.3 - Надземный пешеходный переход на Таллинском шоссе в г. Санкт-Петербурге

Рисунок 1.4 - Надземный пешеходный переход в г. Санкт-Петербурге Рисунок 1.5 - Реабилитационная биотехническая система «инвалид -инвалидное кресло-коляска - городская инфраструктура»

Рисунок 1.6 - Типовые ситуации движения разрабатываемого ИКК рядом с уклоном (пандусом) (пояснения в тексте)

Рисунок 1.7 - ИКК с функцией вертикального перемещения сиденья Рисунок 1.8 - Системы стабилизации в продольной плоскости

Рисунок 1.9 - Комбинированные системы изменения положения сиденья Рисунок 1.10 - физиологические движения оператора для стабилизации при движении в инвалидном кресле-коляске по наклонной поверхности

Рисунок 1.11 - изменение направления вращения в шейно-грудном отделе в сагиттальной плоскости в следствие возникновения физиологических движений

Рисунок 1.12 - Траектории движения узлов электронной модели испытуемого в сагиттальной плоскости при въезде на пандус.

Рисунок 1.13 - Траектории движения узлов электронной модели испытуемого в сагиттальной плоскости при съезде с пандуса

Рисунок 2.1 - Кинематические схемы механизмов поступательного движения

Рисунок 2.2 - Кинематические схемы расположения актуатора модуля стабилизации для работы в диапазоне л/2^<л

Рисунок 2.3 - Передаточные функции механизма Рисунок 2.4 - Мотор-редуктор модуля стабилизации Рисунок 2.5 - Схема пружинного аккумулятора

Рисунок 2.6 - Кинематическая схема модуля стабилизации с системой уравновешивания

Рисунок 2.7 - График геометрической первой передаточной функции Рисунок 2.8 - Упрощенная схема кривошипно-кулисного механизма Рисунок 2.9 - Результат топологической оптимизации рычага 2 по критерию снижения массы на 40%

Рисунок 2.10 - Кинематическая схема шасси транспортного средства с системой стабилизации (положение максимальной высоты сиденья)

Рисунок 2.11 - Кинематическая схема робота с четырьмя мехатронными модулями стабилизации

Рисунок 2.12 - Кинематическая схема шасси транспортного средства с системой стабилизации (положение минимальной высоты сиденья)

Рисунок 2.13 - Кинематическая схема шасси транспортного средства с системой стабилизации (положение въезда на поверхность)

Рисунок 2.14 - Схема движения разрабатываемого ИКК по эскалатору Рисунок 2.15 - Схема геометрических размеров шасси Рисунок 2.16 - Схема работы эскалатора на спуск Рисунок 3.1 - Схема шасси мехатронного инвалидного кресла-коляски Рисунок 3.2 - Схема расположения наиболее выступающей точки подножки Рисунок 3.3 - Геометрические характеристики расположения наиболее выступающей точки подножки

Рисунок 3.4 - Максимальные углы стабилизации

Рисунок 3.5 - Система обеспечения вращательной степени подвижности в соединении «вал мотор-редуктора колеса - нижнее звено двухзвенника» (поз.1) Рисунок 3.6 - Присвоение номеров мехатронным модулям стабилизации Рисунок 3.7 - Компьютерная (а) модель мехатронного шасси инвалидного кресла-коляски в ПО MATLAB Рисунок 3.8 - Блок body

Рисунок 3.8 - Модель робота в Matlab, показана стабилизация при въезде на пандус

Рисунок 3.9 - Модель сиденья и модулей стабилизации инвалидного кресла-коляска

Рисунок 3.10 - Блоки двигателей ИКК

Рисунок 3.11 - Блоки измерения расстояния и углов отклонения Рисунок 4.1 - Графики изменения энергопотребления актуатора при моделировании стабилизации после въезда на эскалатор

Рисунок 4.2 - Стабилизация положения сиденья инвалидного кресла-коляски при моделировании перемещения ступени эскалатора после въезда на эскалатор: угол наклона сиденья

Рисунок 4.3 - Стабилизация положения сиденья инвалидного кресла-коляски при моделировании перемещения ступени эскалатора после въезда на эскалатор: амплитуда колебаний центра сиденья

Рисунок 4.4 - Стабилизация положения сиденья инвалидного кресла-коляски при моделировании перемещения ступени эскалатора после въезда на

эскалатор: изменение усилия пружинного аккумулятора

Рисунок 4.7 - Полная мощность на заднем левом колесе Рисунок 4.8 - Максимальная мгновенная мощность на заднем левом колесе Рисунок 4.9 - Полная мощность на заднем левом актуаторе Рисунок 4.10 - Максимальная мгновенная мощность (на заднем левом актуаторе)

Рисунок 4.11- Скорость штока актуатора (заднего левого) Рисунок 4.12 - Ход актуатора

Рисунок 4.13 - Изменение усилия пружин модуля стабилизации Рисунок 4.14 - Изменение хода штока актуатора при моделировании движения мехатронного шасси

Рисунок 4.15 - Изменение мощности силового актуатора без пружинного аккумулятора и с пружинным аккумулятором при моделировании движения мехатронного шасси при въезде на пандус 5,70

Рисунок 4.16 - Испытательный стенд для исследования мехатронного модуля стабилизации с пневматической системой изменения высоты

Рисунок 4.17 - Работа актуатора мехатронного модуля при стабилизации на эскалаторе

Рисунок 4.18 - Мехатронное инвалидное кресло-коляска (лабораторный образец, подлокотники не показаны)

Рисунок 4.19 - Структурно-функциональная схема мехатронного инвалидного кресла-коляски