Математическая модель гравитоинерциального механорецептора для мобильного имитатора вертикальной позы

13 февраля 2008 года
Александров В.В.

В настоящее время в США и Европе разрабатываются прототипы вестибулярных протезов и других микросенсорных систем для нужд персональной навигации лиц пожилого возраста и лиц с вестибулярными нарушениями. Заключительным этапом перед выпуском в продажу этих изделий являются клинические испытания. Обычно при наличии возможностей проводят и предклинические испытания без участия пациента. Создание мобильного имитатора вертикальной позы предоставит такую возможность тестирования качества функционирования прототипов и их допуска к клиническим испытаниям.

Мобильный имитатор вертикальной позы представляет собой управляемый перевернутый маятник с тремя степенями свободы, установленный на движущейся платформе. На вершине маятника ортогонально верхнему стержню расположена МЭМС персональной навигации, осуществляющая формирование информации, необходимой для функционирования имитатора в четырех режимах:

1. имитация 1-го этапа неуправляемого падения;
2. имитация процесса стабилизации вертикального положения в экстремальных условиях 1-го этапа падения;
3. режим мягкой остановки в случае неуправляемого падения;
4. оценка отклонения в азимуте от заданного направления.

МЭМС персональной навигации представляет собой ИНС горизонтируемого типа, состоящую из трех микровиброгироскопов и двух микроакселерометров, расположенных в плоскости, ортогональной верхнему стержню перевернутого маятника. Показания акселерометра, расположенного в сагиттальной плоскости, и ДУСа с осью чувствительности, ортогональной этой плоскости, используются для формирования стабилизирующего сигнала (1-й и 2-й режимы). Показания вертикального ДУСа используются для реализации 4-го режима работы имитатора. Математическое обеспечение МЭМС должно содержать математическую модель вестибулярной функции в экстремальных условиях падения и три алгоритма оценивания. Математическая модель вестибулярной функции в экстремальных условиях 1-го этапа падения описывает формирование выходной информации, являющейся линейной комбинацией двух сигналов:

• выходного сигнала с математической модели гравито-инерциального механорецептора, реагирующего на кажущееся ускорение чувствительной массы акселерометра, расположенного в саггитальной плоскости и
• выходного сигнала с математической модели механорецептора углового ускорения поворота в сагиттальной плоскости.

В докладе будет рассмотрена математическая модель формирования выходных сигналов (первичного и вторичного) с гравитоинерциального механорецептора.