В данной работе обсуждаются механические и бионические процессы ходьбы человека с целью создания теоретической базы для конструирования активного экзоскелета нижних конечностей. Дается описание конструкции прототипа экзоскелета и приводится общая расчетная схема системы, которая представляет собой человека, интегрированного с экзоскелетом. На основе наблюдений за ходьбой человека отбрасывается ряд несущественных степеней свободы и составляется упрощенная расчетная схема, учитывающая лишь три основные степени свободы. При помощи уравнений Лагранжа второго рода строятся уравнения движения системы, учитывающие управляющие моменты приводов в шарнирных сочленениях. Кроме того, приводится описание основных электрических компонентов системы: микроконтроллер, электроприводы и их платы управления, аккумулятор, датчики углов и бионические сенсоры. Также приводится обзор основных тазовых и бедренных мышечных групп человека и рассматривается их работа при сгибании и разгибании суставов. Дается описание работы миографических сенсоров и алгоритма обработки сигналов, а также рассматривается случай одновременной работы мышц-антагонистов. Составляется алгоритм минимизации ошибки, который служит основной идеей управления устройством. Вводится критерий качества алгоритма управления, который основан на бионических особенностях работы мускулатуры человека. Помимо этого, приводятся скриншоты программно-информационного обеспечения, необходимого для вывода на экран данных с сенсоров, а также для отрисовки конфигурации экзоскелета в реальном времени в виде упрощенной 3D модели. В заключение делаются выводы по проделанной работе и приводятся идеи, касающиеся модернизации механической, электрической и вычислительной систем экзоскелета.

This work discusses the mechanical and bionic processes of human walking to create a theoretical basis for constructing an active exoskeleton of the lower extremities. A description of the design of the exoskeleton prototype is given and a general design scheme of the system is given, which is a person integrated with the exoskeleton. Based on observations of human walking, a number of insignificant degrees of freedom are discarded and a simplified calculation scheme is compiled that takes into account only three main degrees of freedom. Using the Lagrange equations of the second kind, the equations of motion of the system are constructed, taking into account the control moments of the drives in the articulations. In addition, a description of the main electrical components of the system is given: a microcontroller, electric drives and their control boards, a battery, angle sensors and bionic sensors. It also provides an overview of the main human pelvic and femoral muscle groups and discusses their work during flexion and extension of the joints. A description of the operation of myographic sensors and an algorithm for processing signals is given, and the case of simultaneous operation of antagonist muscles is also considered. An error minimization algorithm is compiled, which serves as the main idea of device control. Criterion for the quality of the control algorithm is introduced, which is based on the bionic features of the work of the human musculature. In addition, screenshots of the software and information software required to display sensor data on the screen, as well as to draw the exoskeleton configuration in real time in the form of a simplified 3D model, are provided. In conclusion, conclusions are drawn on the work done, and ideas are given regarding the modernization of the mechanical, electrical and computing systems of the exoskeleton.