ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЙ ЧЕЛОВЕКА ПО ДАННЫМ C IMU ДАТЧИКОВ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКЗОСКЕЛЕТОВ
Автор: Алексей Валерьевич Подопросветов
Соавторы: Орлов И.А.
Организация: ИПМ им. М.В. Келдыша РАН.
Данное исследование посвящено внедрению экзоскелетов в промышленность. Целью является создание комплекса программных и аппаратных средств для распознавания движений человека, необходимого для проведения экспериментов, направленных на достижения двух основных задач. Во-первых, показать энергоэффективность экзоскелетов для людей, которые используют экзоскелеты в обычных производственных задачах. Во-вторых, создать уникальную интеллектуальную систему управления для автоматической помощи оператору полупассивного экзоскелета, и предоставить рекомендации по ведению рабочих процессов. Проделанная работа заключается в разработке программного комплекса, с алгоритмами сбора и хранения данных, реконструкции траектории движения человека, системы визуализации данных и оптимизации модели человека. Полученная система позволяет быстро и точно собирать данные в производственных условиях для подсчета энергоэффективности экзоскелетов. Данный программный комплекс позволит собрать достаточно данных для применения методов машинного обучения в системе управления экзоскелетом.
Рассматривается упрощённая модель тела человека, состоящая из десяти звеньев, по два на каждую конечность и два звена на спину. Каждое звено неотрывно прикреплено к предыдущему сферическим шарниром. Ориентация каждого звена определяется по показаниям IMU-датчиков соответственно надетых на человека. Предполагается, что на человеке надето столько же датчиков, сколько и звеньев в модели, при том в соответствующих местах. На начальном этапе известна примерная точка крепления датчика на теле, а ориентация датчика может быть произвольной. Для ее вычисления проводится двух этапная калибровка. В рамках разработки системы визуализации решаются задачи оптимизации длин звеньев модели человека и задача восстановления траекторий движения частей тела. Затем производится экспериментальная проверка качества откалиброванной модели. По восстановленным траекториям эксперимента решается прямая задача динамики, и оценивается энергия, затрачиваемая человеком при совершении действий в эксперименте.
1. Подопросветов А.В., Анохин Д.А., Орлов И.А., Алисейчик А.П. Разработка системы управления биомеханическим комплексом помощи работникам производственных предприятий // В сборнике: XII Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики сборник трудов в 4-х томах. 2019. С. 196-198.
