КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 14-39-00008

НазваниеСоздание научно-исследовательской лаборатории современных методов и робототехнических систем для улучшения среды обитания человека

РуководительЯцун Сергей Федорович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регионфедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет", Курская обл

Года выполнения при поддержке РНФ2014 - 2016

КонкурсКонкурс 2014 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований вновь создаваемыми научной организацией и вузом совместными научными лабораториями»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-107 - Мехатроника и робототехника

Ключевые словаОкружающая среда, техносфера, робототехническая система, система автоматического управления, экологические факторы, функциональные возможности, автоматизация, безопасность жизнедеятельности, интеграция, мехатронная система, экзоскелет, робот, доступная среда, жизненный потенциал

Код ГРНТИ81.93.21


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
В процессе жизнедеятельности человек и окружающая его среда обитания образуют непрерывно функционирующую систе­му "человек-среда обитания". Действуя в системе "человек-среда обитания", человек не­прерывно решает две основных задачи: 1- обеспечение своих потребности в пище, воде и воздухе; 2 - создание и исполь­зование системы защиты от негативных воздействий как со стороны среды обитания, так и со стороны себе подобных. Процесс жизнедеятельности заключается в безопасном и комфортном взаимодействии человека со своей средой обитания, которой может являться производственная, го­родская, бытовая или природная среда.Инструментом, способствующим наибольшей функциональной состоятельности и взаимной интеграции всех элементов рассматриваемой системы, становятся интеллектуальные технические устройства, обладающие качественно новыми свойствами - роботы. Такие инновационные устройства, разработанные на современных мехатронных принципах, не только повышают функциональные возможности человека, но и придают ему совершенно новые свойства, позволяя при этом, в некоторых случаях, особенно при выполнении рутинных, вредных и опасных видов работ, полностью отказаться от непосредственного участия человека. Создание и применение таких устройств становится залогом обеспечения безопасности и высокой эффективности решения целого ряда задач, направленных на улучшение среды обитания человека: 1. Улучшение качества жизни каждого отдельного индивидуума, за счет интеграции робототехнических систем в его жизненный уклад и улучшения общей среды обитания. 2. Создание робототехнических устройств, позволяющих, людям с ограниченными физическими возможностями вести независимый образ жизни (создание доступно, без барьерной среды). 3. Повышение безопасности жизнедеятельности сотрудников предприятий, которые являются важнейшей ценностью не только для государства, но и для каждого отдельного предприятия, успешность функционирования которого в первую очередь определяет именно коллектив. 4. Создание робототехнических устройств, способствующих повышению экономической эффективности производств и выполнения работ в условиях ограниченности ресурсов. 5. Снижение влияния человеческого фактора - уменьшение вероятности принятия неверных решений. Создание научно-исследовательской лаборатории современных методов и робототехнических систем для улучшения среды обитания человека является актуальной и востребованной задачей, поскольку конечной целью создания НИЛ является проведение фундаментальных и прикладных научных исследований в области мехатроники, робототехники, автоматизации и микросистемной техники на основе интеграции научно-педагогического потенциала кафедры теоретической механики и мехатроники ЮЗГУ, сотрудников ИПМ имени М.В. Келдыша РАН и промышленно-производственных мощностей НПО "Андроидная техника" с целью улучшения качества жизни отдельного человека. Основными задачами НИЛ СРМиС являются: - проведение фундаментальных и прикладных исследований мехатронных, робототехнических систем, автоматизированных комплексов и микроситемной техники. - создание условий для подготовки высококвалифицированных специалистов и научно-педагогических кадров в области мехатронных наукоемких технологий, САПР мехатронных и роботтизированных систем, путем обучения в докторантуре и аспирантуре, прохождения стажировок и курсов повышения квалификации для молодых ученых ЮЗГУ, других ВУЗов, НИИ РАН и НИИ Черноземного региона по направлениям деятельности РЦН; - разработка и совершенствование методик научных исследований, создание условий для их применения в учебном процессе на основе использования современного наукоемкого аналитического и технологического инструментария и оборудования; - формирование условий для тесного сотрудничества, обменов опытом и обсуждений результатов работ, проводимых на базе НИЛ СРМиС с ведущими отечественными и зарубежными НИИ и другими заинтересованными организациями. В последние годы возникло и бурно развивается во всем мире новая отрасль науки и техники – биоинженерия. Современная биоинженерия базируется на знаниях в области медицины, биологии, механики, электроники, современных методах компьютерного управления и обработки информации. Экзоскелеты - одна из инновационных биоинженерных технологий, которая заключается в разработке специальных мехатронные устройств в виде внешнего каркаса человека, благодаря которым увеличивается его мускульная сила. Данная технология позволяет сочетать интеллект человека и силу машины, так как оператор становится частью машины. Экзоскелет представляет собой моторизованное устройство, «надеваемое» поверх одежды на тело человека. Моторизованные ноги, которые закрепляются с помощью специальных скоб и ремней, рассчитаны на питание от аккумулятора, расположенным в заплечном рюкзаке. Устройство использует специальные датчики, чтобы обнаруживать движения владельца и «переводить» их в движения моторизованных «суставов». Такой каркас может встраивается в специальный костюм, и он способен повторять биомеханику человека, значительно увеличивая его физическую силу. Принцип работы устройства такой же, как и у мехатронных устройств: сенсоры подают двигателям сигналы, действие каких мышц нужно сымитировать. Основная задача проекта заключается в создании научных основ и инструментальных средств проектирования биоинженерных робототехнических устройств для улучшения качества жизни человека - экзоскелета, расширяющего его (человека) функциональные возможности за счет использования мехатронных принципов управления движением исполнительных звеньев – с обратной связью и с интеллектуальной электронной системой распознавания управляющих сигналов. Применение таких решений при создании экзоскелета обеспечит существенное преимущество перед аналогами, при этом особое внимание будет уделено системам адаптивного управления, сенсорики, навигации, рационального использования и рекуперации энергии. Научная новизна решаемой задачи заключается в том, что: - будут разработаны новые математические модели, методы, алгоритмы и их программные реализации, описывающие динамику сложных нелинейных процессов взаимодействия с окружающей средой биомехатронных систем и устройств, позволяющие оптимизировать параметры конструкции и реализовывать оптимальные законы адаптивного управления в реальном масштабе времени по различным критериям качества; - будут научно обоснованы новые технические решения, позволяющие создавать конструкции несущих частей мобильных устройств с использованием новых легких и особо прочных материалов (углепластик, кевлар, карбон и др.); - будет создан научно-обоснованный метод адаптивного автоматического управления движением исполнительных органов экзоскелета на основе новой микроэлементной базы и распределенных сенсорных устройств матричного типа, с использованием искусственного интеллекта, нечеткой логики и нейросетевых технологий, с учетом особенностей локальной и глобальной систем навигации, систем самодиагностики и управления навесным оборудованием; - будут предложены новые технические решения в реализации бортового питания с возможностью автономной подзарядки аккумуляторов энергии и использования возобновляемых и нетрадиционных источников энергии. Социально-общественная значимость проекта заключается в обеспечении подготовки и переподготовки кадров для народного хозяйства в указанных отраслях в тесном взаимодействии с предприятиями всех форм собственности, работающих в реальном секторе экономики. Трудоустройство выпускников в наукоемкие инновационные компании, институты РАН, научно-исследовательские центры, научные парки и центры трансфера технологий. Обеспечение международного сотрудничества в области мехатроники, робототехники, автоматизации и микросистемной техники путем выполнения контрактов международных коллаборациях, организации международных научно-технических конференций и симпозиумов, организации международного обмена сотрудниками, студентами и молодыми учеными с профильными университетами и лабораториями мира, российскими и международными научными и образовательными организациями и фондами.

Ожидаемые результаты
Организация научно-исследовательской лаборатории современных методов и робототехнических систем для улучшения среды обитания человека предполагает получение следующих результатов: 1. Развитие и проведение фундаментальных и прикладных НИР и НИОКР с целью улучшения среды обитания человека в области мехатроники, робототехники, автоматизации и микросистемной техники, а также исследований и разработкой человекоподобной (андроидной) робототехники для улучшения среды обитания человека, обеспечение роста исследовательского потенциала вуза, укрепление и расширение научных связей и контактов с мировыми университетами, исследовательскими центрами и предприятиями. 2.Обеспечение взаимодействия фундаментальной и прикладной науки с образовательным процессом на всех его стадиях, включая использование результатов научно-исследовательских работ в лекционных курсах, экспериментальной базы для выполнения учебно-исследовательских, лабораторных, курсовых и выпускных квалификационных работ, а также производственной и преддипломной практики. 3. Укрепление материально-технической базы научно-исследовательского и образовательного процесса , технологических разработок в области мехатроники, робототехники, автоматизации и микросистемной техники. 4. Изучение и исследование вопросов применения робототехники в условиях, связанных с риском для жизни и здоровья человека, использование робототехнических систем в целях снижения негативного влияния человеческого фактора. Разработка стратегий применения робототехники для работы в условиях ограниченности ресурсов и местах, где невозможно создать инфраструктуру, обеспечивающую проживание человека. 5. Разработка стратегий применения человекоподобной робототехники для решения важнейших научных, социальных и экономических проблем. Разработка «умных» протезов, действующих по сигналам нервной системы. Разработка и внедрение в медицинские учреждения экзоскелетов для реабилитации пострадавших после травм. Разработка и исследование сервисных роботов для клиник и санаториев. 6. Разработка и исследование роботизированной техники для разбора завалов в районе стихийного бедствия, устранении последствий чрезвычайных ситуаций. Разработка робототехнических систем для военных и полицейских нужд (разведка, разминирование, транспортировка грузов, обеспечение огневой поддержки, оказание мед.помощи и др.). Разработка экзоскелетов военного и полицейского назначения для личного состава ВС РФ и МВД РФ. 7. Обеспечение подготовки и переподготовки кадров для народного хозяйства в указанных отраслях в тесном взаимодействии с предприятиями всех форм собственности, работающих в реальном секторе экономики. Трудоустройство выпускников в наукоемкие инновационные компании, институты РАН, научно-исследовательские центры, научные парки и центры трансфера технологий. 8. Обеспечение международного сотрудничества в области мехатроники, робототехники, автоматизации и микросистемной техники путем выполнения контрактов международных коллаборациях, организации международных научно-технических конференций и симпозиумов, организации международного обмена сотрудниками, студентами и молодыми учеными с профильными университетами и лабораториями мира, российскими и международными научными и образовательными организациями и фондами. 9. Популяризация научных знаний и довузовская профориентационная работа, проведение научных конференций студентов и аспирантов, мастер-классов и выставок, разработка и практическая реализация мер по мотивации талантливой молодежи для профессиональной карьеры в области мехатроники, робототехники, автоматизации и микросистемной технике.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2014 году
Целью выполнения 1-го этапа проекта в 2014 г. являлся комплексный анализ существующих конструкций механотерапевтических устройств, современных методов и средств, применяемых для лечения и реабилитации больных с повреждениями опорно-двигательного аппарата. При этом особый акцент делался на анализ конструкций экзоскелетов и устройств, повышающих мускульную силу человека и совершающих управляемые движения его конечностей в целях реабилитации и расширения функциональных возможностей. В результате выполнения работ в этом направлении были рассмотрены и всесторонне изучены конструкции, принципы действия, функциональные возможности современных механотерапевтических устройств, выпускаемых ведущими компаниями, университетами, научно-исследовательскими лабораториями Японии, США, Южной Кореи, Германии, Израиля, России и ряда других стран. Установлено, что в настоящее время научно-исследовательские центры и промышленность целого ряда индустриально развитых стран предлагает и производит достаточно широкий спектр таких устройств, предназначенных для реализации различных задач механотерапии. Актуальность использования данного класса медицинских аппаратов не только не вызывает сомнений, а с нарастающей активностью предлагается к использованию практически всеми заинтересованными медицинскими учреждениями и ведущими учеными-медиками мира. С целью систематизации и оценки современного уровня развития механотерапевтических устройств в рамках выполнения задач данного проекта была предложена классификация таких устройств, которая позволяет понять закономерности и пути их развития, оценить их достоинства и недостатки, выявить пробелы и предложить направления их совершенствования. Основными критериями классификационной схемы механотерапевтических устройств были приняты следующие: • по медицинскому назначению (нейрореабилитация – лечение заболеваний периферической нервной системы, повреждений центральной нервной системы, повреждения спинного мозга; и ортопедическая реабилитация – лечение заболеваний и травм суставов, переломов костей, повреждений позвоночника); • по общему назначению (диагностические, поддерживающие (фиксирующие), тренировочные, комбинированные); • по источнику движения (с мышечным усилием пациента; с внешним приводом – электрическим, гидравлическим, пневматическим, ДВС, комбинированным; комбинированные – с инициируемым режимом, пошагово-инициируемым режимом, с преодолением полезной нагрузки); • по воздействию на части тела пациента (верхние конечности – плечевой сустав, локтевой сустав, кистевой сустав, фаланги пальцев; нижние конечности – тазобедренный сустав, коленный сустав, голеностопный сустав, суставы стопы; позвоночник – шейный отдел, грудной отдел, поясничный отдел; комбинированное воздействие); • по степени мобильности (стационарные; переносимые; носимые, в частности - экзоскелеты); • по источнику питания (неавтономные, автономные, с возобновляемым источником энергии); • по классу решаемых механических задач (статические, силовые, кинематические, динамические, комбинированные); • по виду управления (без обратной связи, с технической обратной связью, с биологической обратной связью). Критический анализ рассмотренных конструкций механотерапевтических устройств позволяет сделать вывод о том, что они развиваются в направлении мехатронных решений, когда сложные механические конструкции, оснащенные современными электронными компонентами, контролируются и управляются с помощью компьютерной техники. В этой связи логичным является и вывод о необходимости новых разработок и совершенствования существующих конструкций таких особо продвинутых мехатронных и роботизированных устройств, как экзоскелеты. В ходе выполнения работ по проекту был выполнен как ретроспективный обзор, так обзор современных конструкций экзоскелетов, разработанных в лабораториях и исследовательских центрах промышленно развитых стран мира. Изучены и проанализированы такие проекты по экзоскелетам, как HULC (DARPA, Калифорнийский университет в Беркли, США), XOS Exoskeleton (DARPA, Sacros, Raytheon,Университет Солт-Лейк-Сити, США), TALOS (США), силовой экзоскелет (Daewoo Shipbuilding and Marine Engineering, Южная Корея), Mobile Suit и Hybrid Assistive Limb (Университет Цукубы, Япония), ЭкзоАтлет (НИИ Механики МГУ, ЗАО «Экзороботикс», Россия), «Экзоскелет» (МГТУ им. Н.Э.Баумана, Россия) и др. На основе выполненного обзора конструкций экзоскелетов и проведенного патентного поиска предложена классификация объектов: • назначение; • конструктивные признаки; • тип приводов; • количество реализованных степеней свободы; • тип системы управления. По типу приводов конструкции экзоскелетов разделяются в принципе так же, как и другие мехатронные системы: с электрическим, гидравлическим, пневматическим или комбинированным приводом. Возможно использование также двигателя внутреннего сгорания, которое пока не нашло своего конструктивного исполнения. Тип привода также накладывает определенные требования и предпочтения к типам используемых в конструкции экзоскелетов кинематических пар: вращательного или поступательного движения. Как правило, это одноподвижные (V-го класса) кинематические пары, которые используются с жесткими или деформируемыми звеньями, образуя разомкнутые кинематические цепи простой или параллельной структуры. В дополнение к указанным конструктивным особенностям существующих или перспективных устройств экзоскелетов следует отнести возможность использования гибких связей (различного рода тросов), кинематических пар с управляемыми характеристиками, использование накопителей механической энергии и др. По количеству степеней свободы конструкции экзоскелетов могут значительно различаться в зависимости от того, сколько степеней свободы необходимо задействовать в реализации требуемого движения. Так, например, для стационарного экзоскелета, предназначенного для медицинских целей и обеспечивающего механотерапию одного, двух или трех суставов верхних или нижних конечностей, возможно иметь от двух до шести степеней подвижности. Автономные конструкции мобильных антропоморфных экзоскелетов могут иметь более 13 степеней свободы, а значить столько же независимых движителей. Особо следует выделить перспективность использования конструкции экзоскелета с переменным (управляемым) количеством степеней свободы, что позволит повысить эффективность работы конструкции, обеспечить большую устойчивость движения, а когда потребуется – снизить энергопотребление. Типу управления устройством экзоскелета можно выделить следующие подкатегории: • с управлением с помощью оператора; • с программным управлением по жесткому алгоритму • с управлением по типу «master- slave»; • с адаптивным интеллектуальным управлением. В результате комплексного анализа существующих конструкций биоинженерных устройств определены требования, предъявляемые к разрабатываемой конструкции экзоскелета. Создание роботизированных устройств, систем и комплексов медицинского назначения, в частности, таких как экзоскелет, должны быть построены на бионических принципах и направлены на снижение массы таких аппаратов, повышение времени непрерывной работы и энергоэффективности функциональных систем, увеличение силовых характеристик, применение последних достижений в области материаловедения, в том числе, автоматизированных и систем и систем управления, а также микроэлектроники. Основные требования, предъявляемые к конструкции медицинского комплекса для реабилитации больных с повреждениями опорно-двигательного аппарата (экзоскелета) определяются задачами и спецификой функционирования подобных аппаратов. К основным задачам относятся: • формирование требуемого закона движения звеньев экзоскелета в различных режимах: ходьба по горизонтальной поверхности и при наличии препятствий; повороты при движении; процедуры вертикализации; подъём и спуск по лестнице; подъём из горизонтального положения и др.; • воспроизведение заданного закона движения звеньев экзоскелета и в конечном итоге -конечностей пациента; • обеспечение требуемого количества степеней свободы; • реализация требуемого момента сопротивления движению; • обеспечение требуемого быстродействия системы; • размещение механизмов и приводов экзоскелета на теле человека. В результате проведенного анализа современных конструкций экзоскелетов, выявления их достоинств и недостатков, требований и тенденций, сформулированы и представлены предложения по реализации новых технических решений в области создания современных робототехнических конструкций экзоскелетов. 1. Будет разработан критерий оценки энергоэффективности и маневренности экзоскелетов с целью сравнительного анализа разрабатываемого устройства и ведущих мировых разработок. На основании критериев требуется обеспечить высокий уровень автономности и маневренности; снижение энергопотребления и повышения полезной мощности за счет гравитационной компенсации, резонансных свойств, рекуперации энергии, переменных (управляемых) степеней подвижности. 2. Используемые в конструкции механизмы гравитационной компенсации должны содержать упругие элементы, способные адаптироваться под режимы работы, обеспечивая тем самым гибкость конфигурирования устройства. 3. Расширение функциональных возможностей и эффективности использования экзоскелета за счет введения дополнительных степеней свободы, в том числе в голеностопном и тазобедренном суставах. Большинство существующих экзоскелетов общего назначения не имеют приводных узлов голеностопного сустава, что не позволяет обеспечивать устойчивость системы при ходьбе, при этом подъем из положения сидя обеспечивается за счет использования либо дополнительных устройств (костылей), либо при использовании мускульной силы человека. Кроме этого использование описанных устройств в указанных суставах позволяет повысить грузоподъемность экзоскелета, а также позволит осуществлять подъем из положения сидя. 4. Снижение массы и габаритов, повышения прочности и жесткости конструкции, улучшения эргономики и дизайна за счет использования современных материалов и технологий. 5. Устройство должно реализовывать модульный подход. Конструкция должна быть составлена из отдельных приводных модулей. Потребитель должен иметь возможность использования отдельных частей устройства или в случаи необходимости отключать не используемые модули. 6. Совершенствование системы управления устройством обеспечивающего повторение или преобразование движения самого человека, наличие комплекса программного обеспечения, предусматривающего выполнение экзоскелетом различных типовых сценариев, а также разработка человеко-машинного интерфейса. Должен быть реализован режим работы системы управления, обеспечивающий автономный режим функционирования (перемещения) экзоскелета на основании анализа информации с датчиков (локальной системы навигации). В рамках разработки программного обеспечения необходимо сформировать требуемые законы движения звеньев экзоскелета в различных режимах: ходьба по горизонтальной поверхности и при наличии препятствий; повороты при движении; процедуры вертикализации; подъём и спуск по лестнице; подъём из горизонтального положения и др.; 6. Разрабатываемая система, должна быть оснащена системой датчиков, предназначенных для обеспечения устойчивости при движении, что актуально при использовании устройства людьми с проблемами координации или болезнями центральной нервной системы. Дополнительно устройство должно включать датчики локального позиционирования (GPS, ГЛОНАСС), что позволяет отслеживать местоположение экзоскелета. Широкое применение найдут использование силомоментные датчики, в том числе и при управлении в режиме master/slave. 7. Разрабатываемая система автоматического управления должна включать режима самодиагностики устройства, с возможностью нахождения неисправностей и их самоустранения. Полученные промежуточные результаты систематизации и предварительной оценки полученных данных представлены в серии научных статей, планируемых к опубликованию в ведущих российских и зарубежных журналах. В соответствие с планом работ по проекту научный коллектив лаборатории принял участие в международных выставках, конференциях и семинарах, посвященных исследованиям в различных направлениях робототехники: 1. Военно-промышленная конференция «Перспективы развития роботизированных комплексов и БЛА», (15-17 сентября 2014г, Московская обл., г. Красноармейск. В работе конференции приняли участие д.т.н., профессор, зав. лабораторией ММиР Яцун С.Ф, к.т.н., доцент Безмен П.А., аспирант Климов Г.В.); 2. Международная научно-техническая конференция «ЭКСТРЕМАЛЬНАЯ РОБОТОТЕХНИКА» в рамках XVIII Международного форума «Российский промышленник» и VII Петербургского международного инновационного форума (1-2 октября 2014г, г.Санкт-Петербург .В работе конференции приняли участие и выступили с докладами д.т.н., профессор, зав. лабораторией ММиР Яцун С.Ф, ст. преподаватели ВорочаеваЛ.Ю., Мальчиков А.В., Яцун А.С. ); 3. IV Всероссийский Фестиваль науки (10-12 октября 2014г., МГУ им. М.В.Ломоносова, г.Москва. В работе Фестиваля науки приняли участие д.т.н., профессор, зав. лабораторией ММиР Яцун С.Ф, аспирант Климов Г.В., студенты МТ-21 Соловьёв Р.О, Чермаков А.); 4. II Международная конференция-выставка робототехники и передовых технологий RoboticsExpo 2014 (27-29 ноября 2014г., г.Москва, Конгрессно-выставочный центр «Сокольники». Участникамии выставки являлись д.т.н., профессор, зав. лабораторией ММиР Яцун С.Ф, к.т.н., ст. преподаватель Яцун А.С.); 5. Семинар «Концепция развития робототехники и предложения в программу приоритетных работ по созданию РТК» (4 и 5 декабря 2014 года, Москва, ФАНО России).

 

Публикации

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 Издательство: Закрытое акционерное общество "Университетская книга"; (Курск), - (год публикации - 2014).


Аннотация результатов, полученных в 2015 году
В соответствии с планом работ по проекту научный коллектив лаборатории разработал математические модели и их программные реализации, описывающие движение экзоскелетов, как многозвенной робототехнической системы. Проведено исследование сложных нелинейных процессов взаимодействия мобильных объектов с человеком и окружающей средой. Экзоскелет можно рассматривать как многозвенную электромеханическую систему, в которой взаимодействие механизма и человека определяет особенности движения аппарата. В общем случае экзоскелет совершает пространственные движения, с переменным числом точек контакта с опорной поверхностью. В рамках произведённых работ были разработаны три различные математические модели вертикализации (подъем из положения сидя), ходьбы по ровной поверхности и посадки. Первая модель описывает процесс вертикализации, контактирующего с опорной поверхностью через стопу в двух точках, причем на протяжении всего времени вертикализации стопа остается неподвижной. Вторая математическая модель описывает двухэтапную вертикализацию экзоскелета. Первый этап описывается наличием дополнительной точки контакта с опорной поверхностью, которая может скользить или оставаться неподвижной, и для каждого из этих случаев найдены уравнения движения механизма и функции, определяющие величины реакций связей. На втором этапе вертикализации используются уравнения, полученные для первой модели. Третья математическая модель рассматривает движение экзоскелета с отрывом от опорной поверхности. В начале движения стопа экзоскелета контактирует с опорной поверхностью в двух точках, и в процессе движения возможен отрыв одной или обеих точек. Разработанные математические модели использовались для проведения исследований по взаимодействию человека с экзоскелетом. Были получены кинематические и динамические характеристики движения в процессе вертикализации, разработана методика оценки усилий мышц человека при движении. Особое внимание уделено вопросу взаимодействия экзоскелета с опорной поверхностью. Были разработаны критерии оценки энергоэффективности и маневренности экзоскелетов. Предложены методы, алгоритмы и инструментальные средства проектирования, а также методы оптимизации конструктивных параметров экзоскелетов. Энергоэффективность процесса вертикализации корпуса экзоскелета из положения «сидя» предлагается оценивать коэффициентом «КЭЭв» (коэффициент энергоэффективности экзоскелета при вертикализации), который определяется как отношение полезной механической работы по подъёму элементов экзоскелета к суммарной электрической энергии, затрачиваемой всеми приводами устройства, реализующими процесс вертикализации. Потребляемая электрическая энергия может быть определена путём интегрирования по времени модуля произведения временных зависимостей напряжения и токов в силовых цепях электродвигателей. Под маневренностью экзоскелета, предлагается понимать их способность изменять положение в пространстве, скорость выполнения функций, в том числе скорость и направление движения за определенный промежуток времени. Маневренность движения экзоскелета можно характеризовать следующими критериями: • максимальной средней скоростью прямолинейного движения; • максимальной средней угловой скоростью поворота корпуса в горизонтальной плоскости; • минимальным радиусом разворота в горизонтальной плоскости; • минимальным временем вертикализации корпуса из положения «сидя». Сопоставление различных конструкций и прототипов, создаваемых экзоскелетов по критериям маневренности позволяет ранжировать их по эффективности и успешности использованных в них конструкторских решений, материалов и приводов, алгоритмов управления и т.д. Также разработана методика оптимизации конструктивных параметров, основанная на задании целевой функции, и минимизации её значения численными методами. Был проведен анализ динамического поведения исполнительных органов биоинженерного устройства, с целью получения уточненных данных определяющих рабочую область движения исполнительных органов, а также форму траектории, с учетом адаптивных механизмов гравитационной компенсации, которую должна обеспечивать биомехатронная система для реализации естественных движений в суставах человека. Для исследования динамики исполнительных органов были разработаны два прототипа измерительной системы ExoMeasurer, предназначенные для проведения натурных исследований кинематических и динамических характеристик движения человека. Первый прототип измерительной системы ExoMeasurer имеет 12 степеней свободы. Он позволяет измерять относительные углы поворота звеньев, определять ориентацию экзоскелета в пространстве, получать кинематические характеристики движения, динамически определять распределение нормальных реакций по стопе. Второй прототип измерительной системы был разработан с учетом данных, полученных в ходе экспериментов, проведённых с первым образцом ExoMeasurer. Полученные данные позволили оптимизировать конструкцию, усовершенствовать информационно-измерительную систему, повысить удобство работы с механизмом. Второй прототип имеет 18 степеней свободы, обеспечивая дополнительные степени подвижности в ступнях и бедрах. В конструкцию дополнительно введены беспроводные модули связи, разработан модуль, позволяющий генерировать анимацию движения человека в режиме реального времени. Разработана методология обработки данных, получаемых с помощью системы ExoMeasurer. В рамках выполнения проекта разработаны конструкции экзоскелета для верхних и нижних конечностей человека для изучения совместного движения конечности и биоинженерного устройства, оптимизации его параметров, в том числе конструкции модульных приводных узлов, механизмов гравитационной компенсации. Разработка конструкции экзоскелета нижних конечностей предполагала решение вопросов, выявленных при анализе аналогичных аппаратов: - перегруженность приводов коленных и тазобедренных суставов при движении аппарата - скованность движений оператора, невозможность выполнения ряда движений Была предложена конструкция экзоскелета с 12-ю активными степенями свободы, которые обеспечивают устойчивость аппарата, не сковывая при этом подвижность оператора. В редукторы наиболее нагруженных приводов интегрированы пружины, значительно снижающие нагрузку на двигатели. Для адаптации устройства под конкретного пользователя предусмотрена возможность изменения длин звеньев, углов наклона и положения систем упоров. Для того, чтобы повысить функциональные возможности экзоскелета, был разработан модуль реабилитации верхних конечностей. В зависимости от сферы применения устройства может оснащаться различными приводами без существенных изменений в конструкции. Разработка предполагает модульную структуру. Модули рук крепятся на спине ранее созданного экзоскелета нижних конечностей. Конструкция модуля экзоскелета верхних конечностей предполагает наличие четырех степеней свободы на каждую руку, две из которых приходятся на плечевой сустав человека, одна в локте и одна в запястье. Во всех шарнирах предусмотрены ограничители, позволяющие вращаться двигателю в области углов, соответствующих возможностям конечностей человека. Проведено синтезирование алгоритмов работы и законов управления движением исполнительных органов биомехатронного устройства, с учетом информации, получаемой с силомоментных датчиков и датчиков локального позиционирования устройства. В рамках проекта были произведены исследования вопросов синтеза систем автоматического управления (САУ) экзоскелета. В общем случае система управления обеспечивает управление ориентацией звеньев экзоскелета и положением его центра масс. Структура САУ включает обратные связи по углам поворота звеньев, по нормальным реакциям в точках контакта, по токам в обмотках электроприводов. Выходном с регулятора являются управляющие напряжения. Разработаны оригинальные методики построения САУ экзоскелета, реализующего вертикализацию: метод введения корректирующего звена, метод адаптивного управления с обратной связью по току, LCMANR управление, метод ZMP управления вертикализацией. Для случая вставания со стула была предложена расширенная версия Jacobian Transpose Control регулятора. Разработанная адаптивная технология управления использует информацию о величине токов в обмотках электроприводов для динамического пересчета задающих воздействий. Задающие воздействия при этом меняются таким образом, чтобы в процессе выполнения движения электроприводам не требовалось развивать моменты, превышающие допустимые значения. При этом увеличивается время, отведённое на выполнение заданного движения. В указанной выше работе представлены результаты численного моделирования работы адаптивной системы управления с обратной связью по току, показывающие её работоспособность. В соответствие с планом работ по проекту научный коллектив лаборатории принял участие в международных выставках, конференциях и семинарах, посвященных исследованиям в различных направлениях робототехники, таких как международная конференция по математике и прикладной механике PM-AM 2015 (Австрия), 24-я международная конференция по робототехнике RAAD 2015 (Румыния), международный конгресс по робототехнике WCR 2015 (Китай), международная конференция по шагающим роботам CLAWAR 2015 и других.

 

Публикации

1. Безмен Петр Анатольевич, Яцун Сергей Федорович, Яцун Андрей Сергеевич Экзоскелет нижних конечностей -, 156507 (год публикации - ).

2. Г.Я. Пановко, Л.Ю. Ворочаева, С.И. Савин, А.С. Яцун Моделирование движения пятизвенного ползающего робота с управляемым трением Проблемы машиностроения и надёжности машин, - (год публикации - 2017).

3. Г.Я. Пановко, С.И. Савин, А.С. Яцун, С.Ф. Яцун Энергоэффективный алгоритм управления вертикализацией экзоскелета Проблемы машиностроения и надёжности машин, - (год публикации - 2016).

4. Медведев Д.Ю., Молчанов Д.А., Смахтин Н.С., Яковлев И.А. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЫЖКА ЧЕЛОВЕКА С ПОМОЩЬЮ РОБОТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ «EXOMEASURER» Международная конференция «Актуальные проблемы робототехники и автоматики». Белгород, 2015, С 123-128 (год публикации - 2015).

5. Пановко Г.Я., Савин С.И., Яцун А.С., Яцун С.Ф. Особенности управления движением многозвенной механической системы с учетом свойств электропривода Машиностроение и инженерное образование, № 2 (47), С 2-10 (год публикации - 2016).

6. Пановко Г.Я., Савин С.И., Яцун С.Ф., Яцун А.С. МОДЕЛИРОВАНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ДВИЖЕНИЯ ЭКЗОСКЕЛЕТА В ПРОЦЕССЕ ВЕРТИКАЛИЗАЦИИ Проблемы машиностроения и надежности машин, №3, с.19-24, 2016 (год публикации - 2016).

7. Панченко А.В., Орлов И.А., Павловский В.Е. Control Algorithm for Walking Robot with Mosaic Body Assistive Robotics, 265-271 (год публикации - 2015).

8. Смахтин Н.С., Молчанов Д.А., Климов Г.В.,Жиронкин А.В., Медведев Д.Ю., Яковлев И.А. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА ПРИ ПОМОЩИ РОБОТОТЕХНИЧЕСКОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙСИСТЕМЫ Международная конференция «Актуальные проблемы робототехники и автоматики», C 178-182 (год публикации - 2015).

9. Яцун С.М., Лунева Н.В., Соколова И.А., Яцун А.С. Исследование динамики мехатронного устройства для реабилитации пациентов с нарушениями двигательных функций нижних конечностей Фундаментальные исследования, №1-6, 1264-1267 (год публикации - 2015).

10. Яцун С.М., Рукавицын А.Н. Проектирование автоматизированного устройства для механотерапии коленного сустава Медицинская техника, №3 (291),2015, С.38-41 (год публикации - 2015).

11. Яцун С.М., Яцун А.С., Рукавицын А.Н. Проектирование биомехатронного механотерапевтического устройства для реабилитации нижних конечностей человека Медицинская техника, №2, С 40-44 (год публикации - 2016).

12. Яцун С.М., Яцун А.С., Рукавицын А.Н., Климов Г.В. Разработка измерительной системы определения объёмов движения нижних конечностей человека для оценки физической реабилитации пациента Медицинская техника, №3, С 29-33 (год публикации - 2016).

13. Яцун С.Ф., Безмен П.А., Ворочаева Л.Ю., Ефимов С.В. Modelling of the Motion of an Insectopter IFToMM 2015 (14th IFToMM World Congress), 361 - 366 (год публикации - 2015).

14. Яцун С.Ф., Ворочаева Л.Ю., Савин С.И., Яцун А.С. Study of Caterpillar-like Motion of a Four-link Robot IFToMM 2015 (14th IFToMM World Congress), 367 - 372 (год публикации - 2015).

15. Яцун С.Ф., Ворочаева Л.Ю., Яцун А.С., Мальчиков А.В. Theoretical and experimental studies of transverse dimensional gait of five-link mobile robot on rough surface ISMA 2015 - 10th International Symposium on Mechatronics and its Applications, 1570174353, 36 (год публикации - 2016).

16. Яцун С.Ф., Ворочаева Л.Ю., Яцун А.С., Савин С.И. The modeling of the standing-up process of the anthropomorphic mechanism Assistive Robotics, 175-182 (год публикации - 2015).

17. Яцун С.Ф., Ворочаева Л.Ю., Яцун А.С., Савин С.И., Мальчиков А.В. Bio-inspired adaptive control strategy for a snake-like robot System Theory, Control and Computing (ICSTCC), Article number 7321305, pp 273-278 (год публикации - 2015).

18. Яцун С.Ф., Локтионова О.Г., Ворочаева Л.Ю., Ворочаев А.В. Robotic System Equipped with Catapult Advances in Intelligent Systems and Computing, Volume 371, 2016, pp 173-181 (год публикации - 2016).

19. Яцун С.Ф., Савин С.И., Емельянова О.В., Яцун А.С., Турлапов Р.Н. ЭКЗОСКЕЛЕТЫ: АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ, ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ, ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭКЗОСКЕЛЕТЫ: АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ, ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ, ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ; Издательство: Закрытое акционерное общество "Университетская книга"; (Курск), C 179 (год публикации - 2015).

20. Яцун С.Ф., Савин С.И., Яцун А.С. Study of a nonlinear control system for unbalanced two-link mechanism 2015 19th International Conference on System Theory, Control and Computing, ICSTCC 2015 - Joint Conference SINTES 19, SACCS 15, SIMSIS 19, Article number 7321290, pp 180-185 (год публикации - 2015).

21. Яцун С.Ф., Савин С.И., Яцун А.С., Гапонов И.Ю. Study on a Two-Staged Control of a Lower-Limb Exoskeleton Performing Standing-up Motion from a Chair Advances in Intelligent Systems and Computing (RiTA), - (год публикации - 2017).

22. Яцун С.Ф., Савин С.И., Яцун А.С., Климов Г.В. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЭКЗОСКЕЛЕТА В ПРОЦЕССЕ ПОДЪЕМА ГРУЗА Известия Юго-Западного государственного университета. Серия техника и технологии, №3 (16) 2015, 24-30 (год публикации - 2015).

23. Яцун С.Ф., Савин С.И., Яцун А.С., Мальчиков А.В. Study of controlled motion of exoskeleton moving from sitting to standing position Advances in Robot Design and Intelligent Control, Volume 371, 2016, pp 165-172 (год публикации - 2016).

24. Яцун С.Ф., Савин С.И., Яцун А.С., Турлапов Р.Н. Adaptive control system for exoskeleton performing sit-to-stand motion ISMA 2015 - 10th International Symposium on Mechatronics and its Applications, Article number 7373462, p 25 (год публикации - 2016).

25. Яцун С.Ф., Савин С.И., Яцун А.С., Турлапов Р.Н. Locomotion Control Method for Patients Verticalization with Regard to their Safety and Comfort Annals of DAAAM and Proceedings of the International DAAAM Symposium, Volume 2015-January, 2015, pp 1129-1137 (год публикации - 2015).

26. Яцун С.Ф., Савин С.И., Яцун А.С., Турлапов Р.Н. АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЭКЗОСКЕЛЕТА, ОСУЩЕСТВЛЯЮЩЕГО ВЕРТИКАЛИЗАЦИЮ ЧЕЛОВЕКА Известия Юго-Западного государственного университета. Серия техника и технологии, №3 (16) 2015, 30-37 (год публикации - 2015).

27. Яцун Сергей Федорович, Мищенко Владимир Яковлевич, Яцун Андрей Сергеевич, Тарасов Олег Сергеевич, Постольный Алексей Александрович Устройство для восстановления работоспособности коленного и тазобедренного суставов -, - (год публикации - ).

28. Яцун Сергей Федорович, Савин Сергей Игоревич, Ворочаева Людмила Юрьевна, Яцун Андрей Сергеевич Программа для моделирования движения трехзвенного механизма в вертикальной плоскости -, 2015661280 (год публикации - ).

29. Яцун Сергей Федорович, Савин Сергей Игоревич, Яцун Андрей Сергеевич, Яковлев Илья Александрович Программа формирования задающих воздействий для экзоскелета в процессе вертикализации -, 2015660878 (год публикации - ).

30. Яцун Серей Федорович, Мищенко Владимир Яковлевич, Яцун Андрей Сергеевич, Мальчиков Андрей Васильевич, Медведев Денис Юрьевич Экзоскелетон -, 156350 (год публикации - ).


Аннотация результатов, полученных в 2016 году
В соответствии с планом работ по проекту в 2016 г. научный коллектив спроектировал и разработал конструкцию экзоскелета нижних конечностей, с учетом анализа существующих систем и проведенного моделирования. В лаборатории изготовлен прототип устройства, успешно прошедший испытания, по итогам которых оформлен комплект конструкторской, технологической и программной документации. В общем случае разработанный прототип представляет собой сложную человеко-машинную систему, включающую в себя: 1) бедра экзоскелета, реализованных в виде модуля с оппозитно установленными электроприводами вращательного движения; 2) двухкоординатный тазобедренный сустав на основе кинематического решения, обеспечивающего пересечение осей вращения в центре тазобедренного сустава; 3) механизм вращения бедер во фронтальной плоскости на основе рычажного механизма на основе линейного электропривода, 4) голеностопный сустав, реализованный на механизме с параллельной кинематикой; 5) интеллектуальна стопа, оснащенная датчиками давления, определяющими распределение нормальных реакций при взаимодействии стопы с опорной поверхностью и инерциальной навигационной системой; 6) система манжет для фиксации человека в экзоскелете; 7) человеко-машинный интерфейс в виде пульта управления, обеспечивающий выбор режима и параметров движения. Создана математическая модель четырехзвенного экзоскелета для описания управляемого движения при подъеме и посадке во время вертикализации на основе модифицированной ZMP-технологии (точки нулевого момента). Описана математическая модель семизвенного экзоскелета для описания управляемого движения при ходьбе как в сагиттальной , так и фронтальной плоскостях, а также модель взаимодействия стопы с опорной поверхностью. Предложен алгоритм адаптивного управления движением человека в экзоскелете на основе ПИД и LQR технологий при подъеме и посадке во время вертикализации на основе модифицированной ZMP технологий. Рассмотрен алгоритм управления экзоскелетом для описания управляемого движения при ходьбе на основе ЦМЕ технологий как в сагиттальной, так и фронтальной плоскостях. При исследовании разработаны методики применения предлагаемых робототехнических устройств для настройки, отладки основных узлов электроприводов коленного, голеностопного и тазобедренного суставов. Проведены предклинические испытания полученных прототипов на базе БМУ Курская областная клиническая больница, получен акт о внедрении. Разработаны методики применения предлагаемых робототехнических устройств для осуществления локомоционных движений на основе процесса вертикализации при подъеме и посадке, со следующими целями: уменьшение расстройств гемодинамики, профилактики трофических изменений пораженных конечностей. Получены зависимости основных параметров гемодинамики при вертикализации в экзоскелете и без него. Методика восстановления бытовых навыков вертикализации и ходьбы, Методика устранения перерастяжения периферических нервов, предупреждение появления и уменьшение выраженности патологических глубоких рефлексов, синкинезий, мышечно-суставных контрактур, вынужденного положения конечностей; Методика сохранения функциональной подвижности суставов в денервированных конечностях; Методика стабилизации равновесия и улучшение координации с дифференцировкой заместительных и целенаправленных движений; Методика компенсации двигательной функции по типу нейромоторного перевоспитания мышц в случаях грубого повреждения, когда восстановление невозможно. Проведены экспериментальные исследования с привлечением добровольцев, как с поражением опорно-двигательного аппарата, так и без повреждений, позволившие выявить изменение основных параметров гемодинамики. Убедительно показано, что выполнение упражнений сел-встал в экзоскелете снижает величину ЧСС и другие на 15-30%. Разработана методика и создан стенд для изучения возможности применения разрабатываемого биомехатронного устройства для возбуждения соответствующих двигательных клеток коры головного мозга пациента и удерживания их в состоянии функциональной активности посредством систематического многократного повторения заданных движений, что позволяет выводить на новый уровень обменно-энергетические процессы в мышцах, улучшать гемодинамические и трофические процессы при реабилитации лиц с повреждениями: связочного аппарата, мягких тканей, мышц и костей, а также после артротомии, оперативных вмешательств на мягких тканях в области сустава, после артроскопических оперативных вмешательств, эндопротезирования суставов и при проведении реабилитации протезированных больных (после ампутации конечности). Разработаны инструментальные средства проектирования в виде пакета прикладных программ для расчета параметров экзоскелета, позволяющие оптимизировать конструктивные параметры человеко-машинного комплекса и настройки цифровой многоканальной системы управления при подъеме и посадке во время выполнения вертикализации, при ходьбе по горизонтальной поверхности и при движении с препятствиями. Создан распределенный управляющий программный комплекс, включающего в себя следующий набор программ: ExoMonitor – программа для диагностики и настройки экзоскелета ExoLite2, EXO-INTERFACE – программа для реализации человека машинного интерфейса, ExoAсquisition– программа сбора данных, EXO-SYSTEM – программа реализующая систему управления экзоскелетом. Управляющий программный комплекс позволяет выбирать режимы движения экзоскелета, скорость выполнения упражнений и амплитуды реализующих различные стратегии управления типа ПИД, LQR, логические. Изучены возможные способы управления экзоскелетом, обеспечивающие устойчивое статическое и динамическое положение реализованное на основе имитационных моделей с применением ZMP и ЦМЕ стратегий. Разработаны программно-аппаратного тренажера и методики для обучения операторов работе экзоскелета для осуществления локомоционных движений при выполнении различных упражнений, в том числе комплекса упражнений для помощи пациентов и их активно- пассивной реабилитации: "встал- ходьба -сел". Тренажер программно-аппаратного комплекса ExoLite2 включает в себя электромеханическую систему экзоскелета и программный комплекс системы управления обеспечивающий движение пациента в двух режимах: 1) автономное движение экзоскелета по заданному пациентом с помощью интерфейса режиму; 2) управление экзоскелетом в режиме "master-slave" при котором движение экзоскелетом копируется задаваемыми оператором(тренером) с помощью системы Exomeasurer. В целях презентации полученных научных результатов и обеспечения международного сотрудничества в области мехатроники и робототехники приняли участие в следующих международных конференциях: «ROMANSY 2016, 21st CISM IFToMM Symposium on Robot Design, Dynamics and Control» (Италия, Турин), «6th Seminar on Industrial Control Systems: analysis, modeling and computation» (Москва), «The 19th International Conference on Climbing and Walking Robots and Support Technologies for Mobile Machines (CLAWAR 2016)», (Великобритания, Лондон), «MED 2016 - 24th Mediterranean Conference on Control and Automation» (Греция, Афины), «5th International Workshop on Medical and Service Robots, MESROB 2016» (Австрия, Грац), «IFTOMM/IEEE/EUROBOTICS 25TH International Conference On Robotics In Alpe-Adria-Danube Region – RAAD 2016» (Сербия, Белград), «SPECOM-2016, International Conference on Speech and Computer, The Workshop on Interactive Collaborative Robotics» (Венгрия, Будапешт), «2016 IEEE-CYBER, The 6th Annual IEEE Int. Conf. on CYBER Technology in Automation, Control, and Intelligent Systems» (Китай, Чэнду), «20th International Conference on System Theory, Control and Computing, ICSTCC 2016» (Румыния, Синая), «Vibroengineering-2016, special topic: dynamics of strong nonlinear systems» (Москва). Подготовлено и опубликовано 32 научных статьи по исследуемой тематике, из них 23 - в журналах индексируемых в базах данных Scopus и Web of Science, получено 5 заявок на полезную модель и программы для ЭВМ. Результаты работы широко освещены в ведущих СМИ, в том числе Итар-ТАСС, НТВ, Россия 24, Интерфакс.

 

Публикации

1. - Экзоскелет российского производства оказался легче и дешевле импортных аналогов НТВ, - (год публикации - ).

2. - Российский экзоскелет для людей с нарушением функций ног готов к клиническим испытаниям ТАСС, - (год публикации - ).

3. - В начале 2016 года будут проведены испытания экзоскелета ИА Kurskcity.ru, - (год публикации - ).

4. - Российские ученые создали экзоскелет, упрощающий ходьбу инвалидам РИА Новости, - (год публикации - ).

5. - Клинические испытания экзоскелета в Курске начнутся в следующем году Государственная ТелеРадио Компания Курск, - (год публикации - ).

6. - Министр образования и науки Дмитрий Ливанов посетил Курск с рабочим визитом Курские известия, - (год публикации - ).

7. - Ученые из Юго-Западного госуниверситета (Курск) привезли на «Открыте инновации» свой медицинский экзоскелет Комсомольская правда, - (год публикации - ).

8. - На курском форуме молодые ученые показали свои проекты Российская газета, - (год публикации - ).

9. - "Открытые инновации": как поддержат ученых государство и бизнес Россия 24, - (год публикации - ).

10. - Российские учёные готовятся испытать экзоскелет для нижних конечностей Вести, - (год публикации - ).

11. Безмен П.А., Антипов В.М., Тюленев А.А., Жиронкин А.В. Система автоматического управления экзоскелетом "EXO-HEAVY" ВИБРАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, МЕХАТРОНИКА И УПРАВЛЯЕМЫЕ МАШИНЫ, Часть 2, С 124-134 (год публикации - 2016).

12. Ворочаева Л.Ю., Ефимов С.В., Локтионова О.Г., Яцун С.Ф. Исследование движения орнитоптера при периодических колебаниях крыльев Известия РАН. ТиСУ, - (год публикации - 2017).

13. Ворочаева Л.Ю., Яцун А.С., Яцун С.Ф. Моделирование движения пятизвенного ползающего робота с управляемым трением по поверхности с препятствиями Известия РАН. ТиСУ, - (год публикации - 2017).

14. Ворочаева Л.Ю., Яцун А.С., Яцун С.Ф. Управление квазистатической ходьбой экзоскелета на основе экспертной системы Труды СПИИ РАН, - (год публикации - 2017).

15. Лупехина И.В., Рукавицын А.Н. Motion study of bionic mobile robot Proceedings of 2015 International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems, MEACS 2015, 11.2015 (год публикации - 2016).

16. Лушников Б.В., Скрыльников Н.Е. Имитационная модель процесса вертикализации экзоскелета нижних конечностей в среде SimMechanics/Matlab с учетом сухого трения в кинематических парах ВИБРАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, МЕХАТРОНИКА И УПРАВЛЯЕМЫЕ МАШИНЫ, Часть 1, С 261-271 (год публикации - 2016).

17. Медведев Д.Ю., Абросимов Я.А., Яцун А.С. Исследование управляемого движения руки реабилитационного экзоскелета по заданной траектории ВИБРАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, МЕХАТРОНИКА И УПРАВЛЯЕМЫЕ МАШИНЫ, Часть 2, С 222-228 (год публикации - 2016).

18. Савин Сергей Игоревич, Яцун Сергей Федорович, Яковлев Илья Александрович, Медведев Денис Юрьевич Программа моделирования управляемого подъёма груза шестизвенным экзоскелетом -, 2016612949 (год публикации - ).

19. Савин Сергей Игоревич, Яцун Сергей Федорович, Яцун Андрей Сергеевич Программа оптимизации времени вертикализации экзоскелета -, 2016615898 (год публикации - ).

20. Савин Сергей Игоревич, Яцун Сергей Федорович, Яцун Андрей Сергеевич, Молчанов Дмитрий Александрович Программа моделирования движения экзоскелета в режиме восстановления вертикальной устойчивости после ударного воздействия -, 2016617535 (год публикации - ).

21. Тарасов О.С., Смахтин Н.С., Молчанов Д.А. Исследование характеристик электроприводов для экзоскелета с помощью автоматизированного комплекса ВИБРАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, МЕХАТРОНИКА И УПРАВЛЯЕМЫЕ МАШИНЫ, Часть 2, С 314-320 (год публикации - 2016).

22. Яцун С.М.,Соколова И.А., Тарасов О.С. Устройство для изучения кинематики стопы при ходьбе НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ: ИННОВАЦИИ, ИНТЕГРАЦИЯ И РАЗВИТИЕ, №1, с 16-18 (год публикации - 2016).

23. Яцун С.Ф., Безмен П.А., Емельянова О.В., Яцун А.С., Шевякин В.Н. Экзоскелеты: моделирование движения экзоскелета нижних конечностей с учетом физиологических особенностей пациента Издательство: Закрытое акционерное общество "Университетская книга" (Курск), - (год публикации - 2016).

24. Яцун С.Ф., Безмен П.А., Яцун А.С. Study of the motion of an electromechanical system in the presence of an elastic link and delay in the negative feedback loop of a servo drive VIBROENGINEERING PROCEDIA, volume 8, pp 403-408 (год публикации - 2016).

25. Яцун С.Ф., Ворочаев А.В., Мальчиков А.В. Разработка голеностопа реабилитационного экзоскелета нижних конечностей ExoLite ВИБРАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, МЕХАТРОНИКА И УПРАВЛЯЕМЫЕ МАШИНЫ, Часть 2, С 170-179 (год публикации - 2016).

26. Яцун С.Ф., Ворочаева Л.Ю., ЕФимов С. Study of the motion of a mechanical system due to the oscillatory motion of the side links VIBROENGINEERING PROCEDIA, volume 8, pp 74-79 (год публикации - 2016).

27. Яцун С.Ф., Ворочаева Л.Ю., Яцун А.С., Мальчиков А.В., Тарасов О.С., Климов Г.В. Экзоскелеты: Управление движением экзоскелета нижних конечностей при ходьбе Издательство: Закрытое акционерное общество "Университетская книга" (Курск), - (год публикации - 2016).

28. Яцун С.Ф., Локтионова О.Г., Ворочаева Л.Ю. Research of influence of a point of fixing of wings on flight of the combined jumping-flying robot International Journal of Pharmacy and Technology, Volume 8, Issue 3, pp 19054-19062 (год публикации - 2016).

29. Яцун С.Ф., Локтионова О.Г., Ворочаева Л.Ю. Modeling of the operated movement to a caterpillar of the similar robot on a horizontal surface International Journal of Pharmacy and Technology, Volume 8, Issue 3, pp 15231-15239 (год публикации - 2016).

30. Яцун С.Ф., Локтионова О.Г., Ворочаева Л.Ю. Wing attachment point influence on the flight of a complex jumping-flying robot International Journal of Pharmacy and Technology, Volume 8, Issue 3, pp 15287-15295 (год публикации - 2016).

31. Яцун С.Ф., Мальчиков А.В., Яцун А.С. Investigation of the mechatronic system oscillatory motion with discrete feedback PD-control VIBROENGINEERING PROCEDIA, volume 8, pp 225-230 (год публикации - 2016).

32. Яцун С.Ф., Сабау К., Ефимов С. Study of the oscillation of a wing mounted on an elastic suspension VIBROENGINEERING PROCEDIA, volume 8, pp 80-84 (год публикации - 2016).

33. Яцун С.Ф., Савин С.И., Лушников Б.В., Яцун А.С. Algorithm for motion control of an exoskeleton during verticalization process ITM Web of Conferences, Volume 6, 2016, article number 01001 (год публикации - 2016).

34. Яцун С.Ф., Савин С.И., Лушников Б.В., Яцун А.С. System analysis of sagittal plane human motion wearing an exoskeleton using marker technology ITM Web of Conferences, Volume 6, 2016, article number 03006 (год публикации - 2016).

35. Яцун С.Ф., Савин С.И., Яцун А.С. Motion control algorithm for exoskeleton push recovery in the frontal plane RAAD 2016, - (год публикации - 2016).

36. Яцун С.Ф., Савин С.И., Яцун А.С. Comparative analysis of global optimization-based controller tuning methods for exoskeleton performing push recovery 20th International Conference on System Theory, Control and Computing (ICSTCC 2016), - (год публикации - 2016).

37. Яцун С.Ф., Савин С.И., Яцун А.С. Comparative analysis of iterative LQR and adaptive PD controllers for a lower limb exoskeleton 6th Annual IEEE International Conference on Cyber Technology in Automation, Control and Intelligent Systems, IEEE-CYBER 2016, 22 September 2016, Article number 7574829, Pages 239-244 (год публикации - 2016).

38. Яцун С.Ф., Савин С.И., Яцун А.С. Improvement of energy consumption for a lower limb exoskeleton through verticalization time optimization 24th Mediterranean Conference on Control and Automation, MED 2016, 5 August 2016, Article number 7535882, Pages 322-326 (год публикации - 2016).

39. Яцун С.Ф., Савин С.И., Яцун А.С. A Control Strategy for a Lower Limb Exoskeleton with a Toe Joint Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics), Volume 9812, 2016, Pages 1-8 (год публикации - 2016).

40. Яцун С.Ф., Савин С.И., Яцун А.С. Study of controlled motion of an exoskeleton performing obstacle avoidance during a single support walking phase 20th International Conference on System Theory, Control and Computing (ICSTCC 2016), - (год публикации - 2016).

41. Яцун С.Ф., Савин С.И., Яцун А.С. Parameter Optimization for Exoskeleton Control System Using Sobol Sequences ROMANSY 21 - Robot Design, Dynamics and Control, Part VIII, Series Volume 569, pp 361-368 (год публикации - 2016).

42. Яцун С.Ф., Савин С.И., Яцун А.С. Динамические особенности поведения робототехнических систем III МЕЖДУНАРОДНАЯ ШКОЛА-КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ "НЕЛИНЕЙНАЯ ДИНАМИКА МАШИН" - SCHOOL-NDM 2016, с. 94-108 (год публикации - 2016).

43. Яцун С.Ф., Савин С.И., Яцун А.С. Motion Control Algorithm for a Lower Limb Exoskeleton Based on Iterative LQR and ZMP method for trajectory generation 5th International Workshop on Medical and Service Robots (MESROB 2016), - (год публикации - 2016).

44. Яцун С.Ф., Савин С.И., Яцун А.С., Постольный А.А. Approach to motion control of an exoskeleton in «verticalization-to-walking» regime utilizing pressure sensors 6th Annual IEEE International Conference on Cyber Technology in Automation, Control and Intelligent Systems, IEEE-CYBER 2016, 22 September 2016, Article number 7574868, Pages 452-456 (год публикации - 2016).

45. Яцун С.Ф., Савин С.И., Яцун А.С., Постольный А.А. Control system parameter optimization for lower limb exoskeleton with integrated elastic elements Advances in Cooperative robotics. Proceeding of the 19th International Conference on CLAWAR 2016, pp 797-805 (год публикации - 2016).

46. Яцун Сергей Федорович, Мищенко Владимир Яковлевич, Яцун Андрей Сергеевич, Медведев Денис Юрьевич, Савин Сергей Игоревич Устройство для реабилитации плечевого сустава -, 2016113666 (год публикации - ).

47. Яцун Сергей Федорович, Мищенко Владимир Яковлевич, Яцун Андрей Сергеевич, Постольный Алексей Александрович, Тарасов Олег Сергеевич Экзоскелетон -, 164649 (год публикации - ).