Использование биоэлектрических сигналов для управления протезами конечностей и другими мехатронными устройствами, имитирующими движение руки человека, требует создания адекватных кинематических и динамических моделей управляемого объекта. Целью настоящего исследования является разработка адекватных динамических моделей движения локтя (elbow). Рассмотрен механизм мышечного сокращения и математическая модель сигнала ЭМГ. Масс-инерционные характеристики (МИХ) верхней конечности были определены методом геометрического моделирования совместно с использованием регрессионных зависимостей МИХ от веса и роста человека. Динамические модели синтезировались на основе уравнений Лагранжа, манипуляционных роботов с учетом линейной биомеханической модели мышцы Хилла. Имитационное моделирование выполнялось в среде SimMechanics системы Matlab. Анализ полученных результатов показал, что адекватность математической модели зависит от учета таких характеристик, как вязкость и эластичность мышцы. Разработанные модели могут быть использованы для проектирования системы биоэлектрического управления мехатронными устройствами.

The use of bioelectrical signals to control prosthetic limbs and other mechatronic devices, that emulate the movement of a human hand, requires the solution of many tasks including the task of creating an adequate kinematic and dynamic models of the controlled object. The purpose of this study is to develop dynamic models of elbow motion in flexion and extension, adequate to the real biological system. The muscle contraction mechanism and the mathematical model of the EMG signal were considered. Mass - inertial characteristics (MIC) of the upper limbs were determined by method of geometric modeling together with the use of the MIC regression equation depending on the weight and height of person. The dynamic model was synthesized on the basis of the Lagrange equations, manipulating robots based on linearbiomechanical Hill muscle model. Simulation was performed among SimMechanics of Matlab. Analysis of the results showed that the adequacy of the mathematical model depends on the muscles characteristics such as viscosity and elasticity. The developed model can be used to design bioelectrical control systems of mechatronic devices.