W pracy przedstawiono projekt oraz analizę układu wspomagania kończyn dolnych człowieka zwanego „egzoszkieletem". Zaprojektowany system może być wykorzystany do rehabilitacji kończyn dolnych pacjenta z poważną niepełnosprawnością np. niedowład połowiczny lub częściowy paraliż jednej strony ciała. W trakcie wykonywania ćwiczeń rehabilitacyjnych system wymusza ruchy kończyny dolnej pacjenta w stawie biodrowym, kolanowym oraz skokowym w płaszczyźnie strzałkowej. Sygnały sterujące silnikami wymuszającymi ruch układu wspomagania są generowane na podstawie sygnałów pomiarowych mierzonych dzięki systemowi, który jest zakładany na osobie instruktora rehabilitacji. Teza pracy opisuje szczegółowo strukturę mechaniczną, elektryczną oraz układ sterowania zaprojektowanego systemu wspomagania kończyny dolnej. Układ wspomagania jest skomplikowaną konstrukcją mechaniczną o równoległo - szeregowej strukturze składającą się z wielu zespołów, sterowaną specjalnie zaprojektowanym układem sterowania. W celu zaprojektowania oraz symulacji różnych rozwiązań układów sterowania wyznaczono model matematyczny obiektu, który został zweryfikowany podczas badań laboratoryjnych. Dla zapewnienia poprawnej pracy konstrukcji opracowano algorytm mający za zadanie synchronizację układów napędowych systemu. Opracowany prototyp systemu wspomagania kończyny dolnej został zweryfikowany eksperymentalnie podczas licznych testów laboratoryjnych. Wyniki badań doświadczalnych potwierdzają prawidłowy dobór struktury mechanicznej oraz układu sterowania.
Synthesis of a control system for the mechanism of a parallel - serial structure
The design and analysis of a human lower limbs support system called an "exoskeleton" is presented in the thesis. The designed system can be used for lower limbs rehabilitation of patients with serious disabilities like hemiparesis or partial paralysis of one side of the body. During rehabilitation exercises the system helps a patient to make movements at the hip, knee and ankle joints in the sagittal plane. The control signals for the motors forcing the movements are generated using the signals obtained from a measurement system installed directly on the body of an instructor.
The thesis explains the details of the mechanical, electrical and control structure of the designed lower- limbs support system. The support system is a complicated, multi-body mechanical system of a parallel - serial structure controlled with a specially designed controller. To design and simulate various control algorithms for the controller a mathematical model of the system has been developed and verified experimentally. The controller has been also equipped with an additional algorithm to properly synchronize the operation of the executive systems of the support system. The developed prototype of the lower-limbs support system has been verified experimentally during numerous laboratory tests. The results of the experimental tests confirm very good mechanical, control and functional properties of the system.
