Владимир Павловский. Лекция на skolkovo robotics 2014
DESCRIPTION
Лекция В. Павловского по биомехатронике на Skolkovo RoboticsTRANSCRIPT
![Page 1: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/1.jpg)
1
Биомехатроника – Биомехатроника – новое направление в роботике: состояние новое направление в роботике: состояние
проблемы, задачи, решения проблемы, задачи, решения
Конференция «СКОЛКОВО-РОБОТИКС-2014». 01.03.2014Конференция «СКОЛКОВО-РОБОТИКС-2014». 01.03.2014Сколково, Москва.Сколково, Москва.
В.Е.ПавловскийВ.Е.Павловский
Институт прикладной математики им. М.В.Келдыша РАН,Институт прикладной математики им. М.В.Келдыша РАН, Москва, РоссияМосква, Россия
![Page 2: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/2.jpg)
2
Современный этап развития робототехники и мехатроники характеризуется новыми чертами - поворотом в область социальных применений, медицинскихприменений.
Важнейшим примером является новое направление – биомехатроника. Биомехатроника проявляется в новом, существенно более тесном, взаимодействии робота и человека.
Главная проблема медико-социальной робототехники – именно взаимодействие робота с человеком, причём - взаимодействие в обе стороны и при этом в сильном смысле.
![Page 3: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/3.jpg)
3
Разработка сенсорных и аппаратно-программных методов этого взаимодействия - центральная задача Биомехатроники, которая является той частью Биоинженерии, которая связана с организацией работы машины с учётом факторов психофизиологии человека или физиологии испытуемого животного.
![Page 4: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/4.jpg)
4
Биомехатронный комплекс тренажёра-кровати для двигательной нейрореабилитации.Общий вид.
![Page 5: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/5.jpg)
5
1. Интерфейс "Человек-Машина". Новые средства этого интерфейса.
В тесном единении ...
![Page 6: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/6.jpg)
6
Стремимся к тому же ...
![Page 7: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/7.jpg)
7
Hybrid Assistive Limb или - гибридная вспомогательная конечность.
![Page 8: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/8.jpg)
8
Hybrid Assistive Limb или - гибридная вспомогательная конечность.
![Page 9: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/9.jpg)
9
2. Новые сенсоры мехатронной системы "Человек-Машина" -подгонка механизма под возможности каждого отдельного человека - пациента. Как это делать дёшево?Для биомедицинских приложений - зрительно-сенсорное исследование пациента с генерацией индивидуальных средств и программ для реализации предписанных врачом лечебных воздействий.
![Page 10: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/10.jpg)
10
Проекты РФФИ 11-01-12060-офи-м-201113-01-12037-офи-м-2013
Создан БиоМех-Тренажер - комплекс мехатронных роботизированных устройств для нейрореабилитации нижних конечностей для широкого круга пациентов и при различной тяжести заболеваний. Для разработки отдельных групп мышц могут применяться как отдельные устройства комплекса, так и весь комплекс. В исходной версии комплекс состоит из четырех устройств: - тренажера для разработки голеностопного сустава, - модуля для стимуляции стопы, - тренажера-вертикализатора и - легопулятора (экзоскелета нижних конечностей) человека. В дальнейшем планируется дополнить этот список экзоскелетом рук человека.
![Page 11: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/11.jpg)
11
Основным модулем является сдвоенное устройство тренажера-вертикализатора и легопулятора. Эти подсистемы имеют электро- и пневмоприводы, в последних реализовано оригинальное клапанное ШИМ-управление, реализующее пропорциональное управление приводами аппарата. Созданный в проекте экзоскелет имеет и самостоятельное значение и отрабатывается как мобильный экзоскелет ног человека. Его конструкция имеет существенные отличия от иностранных и отечественных аналогов с пневмоприводами, так как система не имеет собственных шарниров, имитирующих или повторяющих суставы человека. Благодаря этому проблема повторения точной кинематики конкретного человека решается программно. Экзоскелет-легопулятор имеет модульную конструкцию и некоторые шарниры могут быть легко добавлены или удалены для создания вариантов конструкции.
Проекты РФФИ 11-01-12060-офи-м-201113-01-12037-офи-м-2013
![Page 12: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/12.jpg)
12
Что «рядом»
Lokomat, LokomatPro Artromot K3
Lokomat в больнице Сургута
подошвенный тренажер-стимуляторКорвит
![Page 13: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/13.jpg)
13
Биомехатронный комплекс для двигательной нейрореабилитации.
![Page 14: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/14.jpg)
14
Биомехатронный комплекс для двигательной нейрореабилитации. Стартовое положение.
![Page 15: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/15.jpg)
15
Биомехатронный комплекс для двигательной нейрореабилитации. Модуль тренажера-вертикализатора.
![Page 16: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/16.jpg)
16
Биомехатронный комплекс для двигательной нейрореабилитации. Модуль экзоскелетона (1).
![Page 17: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/17.jpg)
17
Биомехатронный комплекс для двигательной нейрореабилитации. Модуль экзоскелетона (2).
![Page 18: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/18.jpg)
18
Биомехатронный комплекс для двигательной нейрореабилитации. Видеозахват шагательных паттернов.
![Page 19: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/19.jpg)
19
Биомехатронный комплекс для двигательной нейрореабилитации. Моделирование экзоскелетона (1).
![Page 20: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/20.jpg)
20
Биомехатронный комплекс для двигательной нейрореабилитации. Моделирование экзоскелетона (2).
![Page 21: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/21.jpg)
21
Биомехатронный комплекс для двигательной нейрореабилитации. Моделирование экзоскелетона (3).
![Page 22: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/22.jpg)
22
Биомехатронный комплекс для двигательной нейрореабилитации. Решение задач ПЗК – ОЗК – ПЗД – ОЗД (1).
![Page 23: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/23.jpg)
23
Биомехатронный комплекс для двигательной нейрореабилитации. Решение задач ПЗК – ОЗК – ПЗД – ОЗД (2).
![Page 24: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/24.jpg)
24
Биомехатронный комплекс для двигательной нейрореабилитации. Решение задач ПЗК – ОЗК – ПЗД – ОЗД (3-1).
![Page 25: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/25.jpg)
25
Биомехатронный комплекс для двигательной нейрореабилитации. Решение задач ПЗК – ОЗК – ПЗД – ОЗД (3-2).
![Page 26: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/26.jpg)
26
Биомехатронный комплекс для двигательной нейрореабилитации. Решение задач ПЗК – ОЗК – ПЗД – ОЗД (3-3).
![Page 27: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/27.jpg)
27
Биомехатронный комплекс для двигательной нейрореабилитации. Длины звеньев в цилиндрах (3-4).
![Page 28: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/28.jpg)
28
Биомехатронный комплекс для двигательной нейрореабилитации. Скорости звеньев в цилиндрах (3-5).
![Page 29: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/29.jpg)
29
Биомехатронный комплекс для двигательной нейрореабилитации. Модуль тренажера голеностопа.
![Page 30: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/30.jpg)
30
Биомехатронный комплекс для двигательной нейрореабилитации. Модуль тренажера голеностопа в отработке.
![Page 31: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/31.jpg)
31
Биомехатронный комплекс для двигательной нейрореабилитации. Модуль тренажера голеностопа в эксперименте.
![Page 32: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/32.jpg)
32
Биомехатронный комплекс для двигательной нейрореабилитации. Модуль пневмостимулятора стоп.
![Page 33: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/33.jpg)
33
Биомехатронный комплекс для двигательной нейрореабилитации. Система управления.
Для управления использована система на базе модульной микроконтроллерной системы "РОБОКОН-1" (на основе микроконтроллеров PIC) управления роботами разработки ИПМ им.М.В.Келдыша РАН.Встраиваемая система РОБОКОН-1 предназначена для аппаратно-программного многоканального управления различными устройствами с исполнительными двигателями постоянного тока или с сервоприводами, с разными сенсорами аналогового и цифрового типов. На ее основе созданы заказные системы управления модулями разработанного тренажерного комплекса.
![Page 34: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/34.jpg)
34
Биомехатронный комплекс для двигательной нейрореабилитации. Перспектива. Сенсорика.
К необходимым в первую очередь сенсорным элементам тренажёра
отнесем следующие.
Зрительная система измерения позы и движений человека.
Зрительная система измерения объёма мышц.
Тепловизорная система контроля кровотока.
Акселерометр (направление силы тяжести в координатах тренажёра).
Датчики углов в степенях подвижности (элемент системы управления).
Датчики силы давления стоп ног (элемент системы управления).
Виртуальные датчики момента привода (элемент системы управления).
Датчики веса нижних конечностей и тела человека.
![Page 35: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/35.jpg)
35
Биомехатронный комплекс для двигательной нейрореабилитации. Перспектива. Сенсорика.
Необходимые в первую очередь сенсорные элементы, устанавливаемые на человеке, таковы.
Электрические поля и потенциалы на коже – миограммы.
Электрические поля и потенциалы на коже – анализ реакции организма.
Электрические поля и потенциалы на коже – анализ подкожных токов.
Электрические поля и потенциалы на коже – потоотделение на ладонях - состояние психики.
Частота дыхания и температура.
ЭКГ и кровяное давление.
ЭЭГ - исследования сигналов мозга.
Температура с глубин до 5 см - радиотермограф (антенны на дециметровых длинах волн).
![Page 36: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/36.jpg)
36
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Медико-биологические предпосылки развития лечебно-исследовательских тренажёров заключаются в необходимости наблюдения картины невризма в организме пациента для диагностики динамики процесса лечения.
Современные средства механики, электроники, сенсорики и их программного обеспечения позволяют это реализовать и обеспечить новый импульс совместного развития биологических и мехатронных исследований.
Дальнейшие работы в тесном содружестве биологов, медиков и мехатроников предполагается направить на создание отечественных многофункциональных тренажёров с развитыми компьютерными средствами афферентации и стимуляции пациента с использованием обратной связи от средств очувствления его организма.
![Page 37: Владимир Павловский. Лекция на Skolkovo Robotics 2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061222/54c166d34a79593f2c8b456c/html5/thumbnails/37.jpg)
37
Спасибо за внимание !