КІНЕМАТИКО-СИЛОВИЙ АНАЛІЗ ТАЗОВО-СТОПОВОЇ ЧАСТИНИ ЕКЗОСКЕЛЕТА ДЛЯ РЕАБІЛІТАЦІЇ ЛЮДЕЙ З ПОРУШЕННЯМИ ОПОРНО-РУХОВОГО АПАРАТУ

Анотація

У роботі виконано кінематико-силовий аналіз тазово-стопової частини пасивного нижньокінцівкового екзоскелета, призначеного для реабілітації осіб із порушеннями опорно-рухового апарату. Конструкція охоплює двосекційну стопу, з’єднану циліндричним шарніром, підп’ятник із гумовою підошвою, гомілковий і стегновий важелі, тазову пластину таенергоакумулювальні пружно-демпфувальні модулі в ділянках «щиколотка–коліно–таз». У ненавантаженому стані забезпечується квазіфізіологічна установка сегментів (зокрема, тупий кут стопи 120–140° відносно гомілкового важеля), а під час циклу «присідання–вставання» відбувається накопичення та контрольований вивід потенціальної енергії  пружних елементів для зменшення пікових зусиль користувача. Кінематичне моделювання побудовано за методомзамкнених векторних контурів для плоскої триланкової схеми з трьома узагальненими координатами; чисельну реалізацію виконано в програмному продукті MathCad із двофазними часовими законами руху (загальна тривалість циклу 2 с). Для перевірки адекватності рівнянь руху створено імітаційну модель у програмному продукті MapleSim, за якою підтверджено характерні траєкторії: коловий шлях колінного суглоба відносно щиколотки, еліпсоподібний рух тазового суглоба та керований нахил-вирівнювання тулуба. Силовий аналіз включає розгляд вертикального статичного навантаження та перехід до згинального режиму при сіданні; виконавчий елемент – стегновий важіль – перевірено методом скінченних елементів у програмному продукті SolidWorks Simulation. Отримано максимум еквівалентних  напружень на рівні близько 154 МПа та прогин, що не перевищує 0,3 мм, за розрахункового навантаження до 1,5 кН, що задовольняє умову міцності для сталі марки Ст. 3 (допустиме напруження близько 160 МПа). Узагальнено, що запропонована компоновка та параметризація пружнодемпфувальних вузлів є достатніми для  асистування рухам «присідання–вставання» й можуть бути використані як основа для подальшої оптимізації під індивідуальні антропометричні дані і реабілітаційні протоколи.