CC BY
20
При этом расход дистиллята остается постоянным из условия максимальной утилизации тепла бросовых газов.
В таблице 3 приведен ионный состав целевых продуктов, которые могут быть получены по предлагаемой технологической схеме.
Таблица 3. Ионные составы целевых продуктов технологии утилизационногоопреснения
морской воды
№ Наименование Содержание ионов, мг-экв/л P, мг/л
Na2+ Ca2+ Na+ CI" SO4 HCO3
1 Дистиллят термической стадии опреснения 0,3 0 0 0,2 0,1 0 20
2 Пермеат обратноосмотической стадии опреснения 3,67 0 0 2,43 1,116 0,07 230
3 Умягченная морской воды 214 0,003 0,015 142 68 4 12800
Таким образом, утилизационное опреснение являются эффективным способом получения технической воды на предприятиях, имеющих вторичные энергетические ресурсы. На примере месторождения «Нефт Дашлары» показано, что утилизация опреснения решает проблему воды, создает условия для развития новых производств, а также строительства ТЭС.
По технико-экономическим расчетам затраты на опреснение морской воды с использованием отходящего тепла ГТ не превышают 20 % от затрат на транспортировку воды от берега. В экологическом отношении предлагаемая технология может быть отнесена к разряду наиболее совершенных. Практически в море сбрасываются только собственные солевые компоненты исходной воды.
Список литературы /References 1. Слесаренко В.Н. Опреснение морской воды. М.: Энергоатомиздат, 1991. 278 с.
РАЗРАБОТКА РЕАБИЛИТАЦИОННЫХ ЭКЗОСКЕЛЕТОВ
1 2 Чернышова Н.Д. , Пономарев А.С.
Email: Chernyshova6121@scientifictext.ru
1Чернышова Надежда Дмитриевна - студент; 2Пономарев Андрей Сергеевич - кандидат технических наук, преподаватель, кафедра физики и биомедицинской техники, Липецкий государственный технический университет, г. Липецк
Аннотация: в статье рассматриваются вопросы программно-технической реализации экзоскелетов, обеспечивающих устойчивую походку пациентов, а также регистрацию и анализ электрофизиологической информации, позволяющий определить динамику состояния организма в процессе реабилитации. Ключевые слова: экзоскелет, реабилитация, мониторинг, опыт, проектирование, ZMP, ЦМЭ.
DEVELOPMENT OF REHABILITATION EXOSKELETONS Chernyshova N.D.1, Ponomarev A.S.2
1Chernyshova Nadezhda Dmitrievna - Student;
2Ponomarev Andrey Sergeevich - Candidate of Technical Sciences, Lecturer, DEPARTMENT OF PHYSICS AND BIOMEDICAL ENGINEERING, LIPETSK STATE TECHNICAL UNIVERSITY, LIPETSK
Abstract: the article discusses the issues of software and technical implementation of exoskeletons that ensure a stable gait of patients, as well as registration and analysis of electrophysiological information that allows determining the dynamics of the state of the body during rehabilitation.
Keywords: exoskeleton, rehabilitation, monitoring, experience, design, ZMP, CME.
УДК 621.391
При проектировании системы управления экзоскелетом, обеспечивающим вертикальную походку, исследованы три основных решения:
1. Управление при медленном движении, при котором силы инерции, вызванные ускоренным движением звеньев экзоскелета, малы по сравнению с силами веса;
2. Движение экзоскелета с ускорением по ровной поверхности, при котором необходимо учитывать не только нормальные реакции, но и силы трения;
3. Движение экзоскелета по неровной поверхности, когда не все датчики, используемые для оуенки нормальных реакций, могут соприкасаться с опорной поверхностью.
Для решения задачи устойчивого управления экзоскелетом использовались метод и точки нулевого момента (ZMP), определяемые под М. Вукобратовичу.
Центр масс экзоскелета (ЦМЭ) и ZMP являются виртуальными точками, положение которых в пространствеможно определить только расчетными методами на основе кинематического для ЦМЭ и динамического для ZMP анализа. Положение этих точеквнутри опорной поверхности позволяет оценивать запас устойчивости (ЗУ) экзоскелета. Расположение ЦМЭ или ZMP в центре опорной поверхностиобеспечивает максимальный ЗУ. Чем ближе ЦМЭ или ZMP расположена граница опорной поверхности, тем, очевидно, выше вероятность потери устойчивости экзоскелета и соответственно ниже запас устойчивости.
В ходе проведенных исследований полученны аналитические выражения для определния запаса устойчивости с учетом нормальных реакций и силы трения и предложены схемы расположения датчиков давления на стопе для определения нормальных реакций (Ni), которые обеспечивают расчет устойчивого состояния экзоскелета на ровной поверхности (рис. 1.)
Рис. 1. Общий вид стопы: а) схема датчиков б) деформируемая стопа в) «плавающая» стопа
Для обеспечения устойчивости при ходьбе по неровной поверхности требуется использование гибкой иди деформируемой стопы. Такая версия позволяет задействовать мышцы стопы, делая походку многослойной и более естественной.
Кроме датчиков нормальной реакции и сил трения, для того, чтобы походка была устойчива, экзоскелет должен быть оборудован средствами локальной навигации, позволяющим точно определить расстояние от стопы до опорной поверхности в различных плоскостях (рис. 2).
Рис. 2. Схемы взаимодействия дальнометров с опорной поверхностью: а) горизонтального, б)
вертикального
Обобщенная схема управления устойчивой походкой экзоскелета представлена на рисунке 3.
Для устойчивого управления измерительная подсистема содержит видеокамеру 1; датчики угла поворота 2; датчики давления 3; инерциальную навигационную систему, реализованную на Ш^модуле 4; дальномеры 5.
I Подсистема мониторинга состояния человека
Рис. 3. Схема управления походкой экзоскелета
Сервоприводы данной установки требуют применения усилителя мощности (УМ). Данная система обработки данных позволяет экзоскелету совместно с пациентом или без его участия взаимодействовать с окружающей средой, строить траекторию движения с учетом информации о помехах и других факторах, которые влияют на устойчивость пациента. Также рассматриваются варианты изменения параметров движения, в зависимости от состояния человека через подсистему мониторинга состояния человека.
При выборе технических средств для мониторинга состояния человека учитывалось, что основное назначение - это работа с пациентами, страдающими инсультами, травмами нижних конечностей и позвоночника, ДЦП, ишемический синдром нижних конечностей и синдром диабетической стопы.
Важными показателями для этих классов заболеваний являются: кровообращение, мышечная активность пораженных органов и систем, функциональное состояние и функциональный резерв.
Все вышеперечисленные характеристики должны учитываться при разработке экзоскелета с заданными функциями.
Дополнительными техническими условиями является то, что аппаратура должна иметь малые габариты, малое потребление энергии, не мешать пациенту по возможности, но при этом обладать необходимыми ресурсами для решения поставленной задачи.
Заключение.
В ходе проведенных исследований была описана разработка экзоскелета с локальной навигацией, а также математическое, алгоритмическое и программное обеспечение, управляющее устойчивой походкой. С использованием прототипа были проведены исследования, выявляющие все нужные функции для решения поставленной задачи.
Список литературы /References
1. Яцун С.Ф., Павловский В.Е., Лушников Б.В., Емельянова О.В., Яцун А.С.,
Савин С.И., Ворочаев А.В. Экзоскелеты: анализ конструкций, классификации,
принципы создания, основы моделирования. Монография. Курск: ЮЗГУ, 2014.
148 с.
2. Пановко Г.Я., Савин С.И., Яцун С.Ф., Яцун А.С. Моделирование процессов вставания экзоскелета из положения сидя // Проблемы машиностроения и надежности машин, 2016. № 3. С. 19-24.
3. Яцун С.Ф., Савин С.И., Емельянова О.В., Яцун А.С., Турлапов Р.Н. Экзоскелеты: анализ конструкций, принципы создания, основы моделирования. Монография. Курск: ЮЗГУ, 2015. 178 с.
4. Jatsun S., Savin S., Yatsun A. Motion Control Algorithm for a Lower Limb Exoskeleton Based on Iterative LQR and ZMP method for trajectory generation / Proceedings of the 5th International Workshop on Medical and Service Robots. Graz, Austria, July 4-6, 2016. P. 54-58.
5. Jatsun S., Savin S., Yatsun A. Parameter Optimization for Exoskeleton Control System Using Sobol Sequences / Proceedings of 21st CISM IFToMM Symposium on Robot Design, Dynamics and Control. Udine, Italy. June 20-23, 2016. P. 361-368.
6. Jatsun S., Savin S., Yatsun A. Study of Controlled Motion of Exoskeleton Moving from Sitting to Standing Position. - Advances in Robot Design and Intelligent Control. Springer International Publishing, 2016. Р. 165-172.
7. Вукобратович М. Шагающие роботы и антропоморфные механизмы. Монография / Пер. с англ. А.Ю. Шнейдера; под ред. В.С. Гурфинкеля. М.: Мир, 1976. 544 c.
ШИРОКОПОЛОСНЫЙ АНАЛИЗ И ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ В
МНОГОЧАСТОТНОЙ ОБЛАСТИ ГИРОСКОПА ДЛЯ
ЭКЗОСКЕЛЕТА
1 2 Чернышова Н.Д. , Пономарев А.С.
Email: Chernyshova6121@scientifictext.ru
1Чернышова Надежда Дмитриевна - студент; 2Пономарев Андрей Сергеевич - кандидат технических наук, преподаватель; кафедра физики и биомедицинской техники, Липецкий государственный технический университет, г. Липецк
Аннотация: в статье рассматриваются алгоритмы широполосного анализа данных в частотной области, исследование чувствительных элементов анализа данных, обнаружение узкополосных излучений, определение их параметров, таких как номинал частоты, уровень датчика, а также время от начала до завершения. Рассмотрена связь между микромеханическим гироскопом и широкополосным датчиком. Предлагается разработка микромеханического гироскопа с расширенной полосой фиксации.
Ключевые слова: широкополосные, датчики, микромеханический гироскоп, спектр, экзоскелет.
BROADBAND ANALYSIS AND SIGNAL PROCESSING IN THE
MULTI-FREQUENCY REGION OF AN EXOSKELETON
GYROSCOPE
12 Chernyshova N.D. , Ponomarev A.S.
1Chernyshova Nadezhda Dmitrievna - Student; 2Ponomarev Andrey Sergeevich - Candidate of Technical Sciences, Lecturer, DEPARTMENT OF PHYSICS AND BIOMEDICAL ENGINEERING, LIPETSK STATE TECHNICAL UNIVERSITY, LIPETSK
