К основному контенту

НОВЫЕ ПУБЛИКАЦИИ

  Н ОВЫЕ ПУБЛИКАЦИИ РЕСУРСА      21 .06.2025 LCF домашнего гуся. Часть 2.   Изучение тазобедренного сустава и  LCF  на влажном препарате домашнего гуся. LCF домашнего гуся. Часть 3.   Изучение функционирования  LCF  домашнего гуся на влажном препарате тазобедренного сустава.  LCF домашнего гуся. Часть 4.   Изучение перемещения  LCF  домашнего гуся в экспериментах на мацерированных препаратах костей. 20 .06.2025 LCF на а ккадском.   Первое в истории упоминание LCF на аккадском языке: « nim š u » .  LCF домашнего гуся. Час ть 1.   Систематика домашнего гуся, обзор костной анатомии таза и бедра с акцентом на области крепления  LCF . 18 .06.2025 2025Copilot. Древний Египет.   Картина. Изображение об стоятельств и механизма травмы LCF.  17 .06.2025 2025ChatGPT . Современное искусство.   Картина. Изображение об стоятельств и механизма травмы LCF.  16 .06.2025 2025ChatGPT. Барокко...

2014АрхиповаАС

 

В 2014 году на Международнойкосмической Олимпиаде школьников Архипова Александра сделала доклад о целесообразности использования шарниров с гибкими элементами в шагающих машинах. Автор – был признан абсолютным победителем (подробнее: cyclowiki.org). В докладе высказана мысль: «Важной областью возможного применения шагающих роботов будет дистанционное исследование других планет». Через десять лет к практической реализации этой идеи приступили профессионалы из NASA: Робот-собака тренируется ходить по Луне в ходе испытаний в Орегоне (подробнее: bbc.com). Ниже мы представляем текст первого сообщения о шагающих машинах в космосе, шаровой опорный шарнир которых содержит гибкий элементе – аналог ligamentum capitis femoris (LCF).

 

Мобильные биоморфные платформы с аналогами алгоритмов естественных локомоций

Архипова Александра Сергеевна

АОУ Лицей научно-инженерного профиля

Московская область, г. Королёв

Американский колёсный марсоход Opportunity за десять лет своей миссии прошел по красной планете всего 40 километров, а его близнец Spirit уже через 8 км завяз в песках. Стадо антилоп гну в день способно преодолевать расстояние до 50 км по пересечённой местности, а горные козы легко взбираются на непокоримые кручи. Подобные сравнения наглядно показывают преимущества ходьбы, как способа передвижения в природе.

В сравнении с колесной и гусеничной техникой, способность машины перемещаться посредством ходьбы придаст ей большую устойчивость на неровных поверхностях, обеспечит возможность выбирать точки опоры, повысит ее маневренность и проходимость, позволит снизить затраты энергии на единицу пути, а также даст возможность свободно двигаться в среде обитания человека.

В связи с этим во многих странах активно ведутся разработки шагающих машин и роботов. Ходьба созданных на данный момент зооморфных и антропоморфных шагающих роботов требует значительных затрат энергии, в полной мере не решена задача выбора точек опоры для педипуляторов, а походка антропоморфных зачастую напоминает ходьбу больных людей. В связи с этим круг использования шагающих платформ существенно ограничен.

Ходьба в норме является автоматизированным циклическим процессом. В цикле шага человека выделяют период, когда с опорной поверхностью контактирует одна нога, а вторая переносится вперед, а также период двойной опоры вовремя, которого мы опираемся сразу на обе ноги. У животных при ходьбе ноги могут передвигаться как поочередно, так и попарно. Такую ходьбу, проверенную самой природой, и пытаются воссоздать робототехники. Ходьба является результатом сложной координированной деятельности скелетных мышц туловища и конечностей. В настоящее время для передвижения шагающей техники используются аналоги мышц – электромеханические приводы и гидроприводы. А связки? Для чего они нужны?

В своей диссертационной работе С.В. Архипов показал, что связочный аппарат необходим для передвижения, поддержания устойчивости и экономии мышечной энергии. Натянутые связки способны разгружать мышцы и даже могут порождать отдельные движения. Отсутствие в конструкциях шагающих платформ аналогов связок, с нашей точки зрения, одна из причин неудач разработчиков. Одной из важнейших связок человека и позвоночных животных является связка головки бедра. Её натяжение при ходьбе обеспечивает разгрузку мышц, удерживающих тело, и верхних секторов суставных поверхностей, а также спонтанный поворот таза вперед.

По аналогии с данным суставом, для шагающей платформы нами разработан шарнир с гибкими элементами - аналогами тазобедренных связок. С целью изучения особенностей его функционирования мы сконструировали испытательный стенд, ставший прототипом модели кормовой части шагающей платформы. При воспроизведении одноопорного периода шага в эксперименте, мы снижали усилие привода, удерживающего корпус кормовой части модели. Гибкие элементы шарнира постепенно натягивались, как связки в бедренном суставе, воспринимая на себя вес модели. При этом она поворачивалась и перемещала вперёд полезную нагрузку за счёт преобразования потенциальной энергии ранее приподнятого общего центра масс.

По данным экспериментов построены графики движения общего центра масс модели в сагиттальной, горизонтальной и фронтальной плоскостях. Чёрной дугой на графике движения в горизонтальной плоскости обозначена траектория движения общего центра масс модели с шарниром без гибких элементов. Их сравнение показывает, как влияют на кривую движения, введенные нами в конструкцию шарнира гибкие элементы.

Сопоставление графиков позволило построить пространственную кривую движения общего центра масс при моделировании одноопорного периода шага биоморфной платформы.

По нашим расчётам, при поднятии общего центра масс модели кормовой части на 36 мм мы получаем спонтанное, только под действием силы тяжести, продвижение полезной нагрузки вперёд на 63 мм. Расчеты показывают, что при перемещении той же массы путем скольжения, требуется затратить значительно большую энергию.

Данные экспериментов позволили оптимизировать одноопорный период шага мобильной биоморфной платформы. За счёт преобразования потенциальной энергии приподнятого общего центра масс системы.

Подведём итоги моего исследования:

- Ходьба является оптимальным способом передвижения по пересеченной местности.

- Шарнир с гибкими элементами нашей конструкции способен создавать вращательный момент в горизонтальной плоскости.

- В одноопорном периоде шага шагающей платформы, возможно обеспечить ее передвижение вперёд путем преобразования потенциальной энергии веса полезной нагрузки.

- Шагающая платформа с шарнирами нашей конструкции позволит снизить затраты энергии на единицу пути.

Мы предлагаем при создании шагающих платформ для роботов и транспортных средств использовать шарниры с гибкими элементами нашей конструкции, а также при ходьбе шагающих платформ стремиться воспроизводить алгоритм естественных локомоций.

Робототехника, несомненно, найдёт широкое применение в космосе. Возможно, в будущем, на каждом космическом корабле и спутнике будет свой «робот ремонтник». Такие роботы уже сейчас востребованы на Международной космической стации, как для работ в ее отсеках, так и на ее поверхности в открытом космосе. Важной областью возможного применения шагающих роботов будет дистанционное исследование других планет, а также перемещение космонавтов и грузов по их поверхности.



Презентация доклада:

 Музыка: Blue Dot Sessions, Vittoro (CC BY-NC 4.0 DEED / фрагмент)

Цитирование:

Архипова АС. Мобильные биоморфные платформы с аналогами алгоритмов естественных локомоций. Доклад на Международной космической Олимпиаде школьников. Королев, 2014.

Ключевые слова:

связка головки бедра, круглая связка, шагающая машина, шаровой шарнир, шарнир с гибкими элементами, ligamentum capitis femoris, ligamentum teres     

СОДЕРЖАНИЕ РЕСУРСА

 Механика и робототехника

Популярные статьи

КАТАЛОГ ЛИТЕРАТУРЫ О LCF

  Каталог литературы о LCF   (Библиографический разде: книги, статьи, ссылки, упоминания…) 21-й ВЕК https://kruglayasvyazka.blogspot.com/2024/10/21.html   20-й ВЕК https://kruglayasvyazka.blogspot.com/2024/10/20.html   19-й ВЕК https://kruglayasvyazka.blogspot.com/2024/10/19.html   18-й ВЕК https://kruglayasvyazka.blogspot.com/2024/10/18.html   17-й ВЕК https://kruglayasvyazka.blogspot.com/2024/10/17.html   16-й ВЕК https://kruglayasvyazka.blogspot.com/2024/10/16.html   11-15-й ВЕК https://kruglayasvyazka.blogspot.com/2024/10/11-15.html   1-10-й ВЕК https://kruglayasvyazka.blogspot.com/2024/10/1-10.html   Железный ВЕК (10 – 1-й век до совр. эры) https://kruglayasvyazka.blogspot.com/2024/10/blog-post_87.html   НЕОЛИТ И БРОНЗА (8,000 – 2,000 лет до совр. эры) https://kruglayasvyazka.blogspot.com/2024/10/8-2.html   СОДЕРЖАНИЕ РЕСУРСА КАТАЛОГИ И БИБЛИОГРАФИИ Учение о...

2025АрхиповСВ. ПОЧЕМУ ВОССТАНОВЛЕНИЕ ВЕРТЛУЖНОЙ ГУБЫ МОЖЕТ БЫТЬ НЕЭФФЕКТИВНО?

Тематический Интернет-журнал О круглой связке бедра Апрель, 2025 Почему восстановление вертлужной губы может быть НЕЭФФЕКТИВНО?: заметка о таинственной «темной материи» в тазобедренном суставе Архипов С.В., независимый исследователь, Йоенсуу, Финляндия Аннотация Восстановление и реконструкция вертлужной губы не предотвращает остеоартрит и нестабильность тазобедренного сустава при ходьбе в случае удлинения ligamentum capitis femoris . Заключение сделано на основании математических расчетов и анализа результатов экспериментов на механической модели. Ключевые слова: артроскопия, тазобедренный сустав, вертлужная губа, ligamentum capitis femoris, ligamentum teres, связка головки бедренной кости, реконструкция, восстановление Введение Почти 80% первичных артроскопий тазобедренного сустава включает восстановление вертлужной губы (2019 WestermannRW _ RosneckJT ). Реконструкция – наиболее распространенная процедура для устранения патологии вертлужной губы и при ревизионной артроскопии (2...

Эндопротез с LCF. Часть 1

  Эндопротезы с аналогом ligamentum capitis femoris как свидетельства смены парадигмы в артропластике: Систематический обзор Часть  1. История, материал и методы Архипов С.В., независимый исследователь, Йоенсуу, Финляндия  

К вопросу о видео и рентген-визуализации LCF

К вопросу о видео и рентген-визуализации связки головки бедренной кости Известно, что в начале одноопорного периода шага присутствует супинация и сгибание в тазобедренном суставе, articulatio coxae , бедра, а в его средине и конце имеет место наклон таза, pelvis , в неопорную сторону и приведение ( Bombelli R ., 1993). Вероятно, эти особенности нормальной ходьбы впервые подметили скульпторы Древней Греции.  Нами изучены отчеты Оптической системы анализа (захвата) движений (разработчик  компания Qualisys, обработка программой компании C-Motion )  при исследовании закономерностей ходьбы человека в норме. Установлено: начале одноопорного периода шага таз, pelvis , во фронтальной плоскости наклоняется вниз в медиальную сторону. При этом в опорном тазобедренном суставе, articulatio coxae , наблюдается приведение (Рис. 1). Рис. 1. Отчет Оптической системы анализа движений при исследовании закономерностей ходьбы человека в норме; вверху – график движения таза во фронтальной...

2021(a)АрхиповСВ_СкворцовДВ

  Ligamentum teres и ее аналог в эндопротезе тазобедренного сустава – необходимы или излишни? Архипов С.В., Скворцов Д.В. (перевод статьи: Arkhipov SV , Skvortsov DV . Ligamentum Teres and its Analog in the Hip Endoprosthesis–Necessary or Superfluous? A Systematic Review . MLTJ . 2021:11(2)301-10.)   РЕЗЮМЕ Общая информация. Вывих эндопротеза тазобедренного сустава остается частым и серьезным осложнением артропластических вмешательств. Одним из способов предотвращения смещения эндопротеза является интеграция в его конструкцию аналога ligamentum teres. Цель. Обзор международного опыта проектирования, разработки и установки эндопротезов тазобедренного сустава с нативной ligamentum teres или ее аналогом. Материал и методы. Систематический патентный и непатентный поиск и анализ публикаций об эндопротезах тазобедренного сустава с нативной ligamentum teres или ее искусственным аналогом. Поиск проводился на соответствующих онлайн-платформах и в доступных библиотеках. ...