Оцінка рівня небажаних навантажень у пневмотренажері RRG-100 засобами імітаційного моделювання в MATLAB
DOI:
https://doi.org/10.31649/1681-7893-2026-51-1-227-234Ключові слова:
пневмотренажер RRG-100, небажані навантаження, MATLAB, імітаційне моделювання, реабілітація кисті руки, м'яка робототехніка, пневматичний актуатор, неспіввісність.Анотація
У роботі представлено підхід до оцінки рівня небажаних навантажень у пневмотренажері RRG–100 засобами імітаційного моделювання в MATLAB шляхом розв'язання прямої задачі кінематики. Розроблено інтерактивний інтерфейс, що дозволяє вводити антропометричні дані користувача; імітувати кути згинання в суглобах. Побудовано геометрії пальця та траєкторії руху кінчика фаланги за допомогою функцій низькорівневої графіки. Визначено, що неспіввісність анатомічних та механічних осей пристрою призводить до виникнення небажаних навантажень. Запропонований підхід забезпечує базу для подальшої розробки систем індивідуального налаштування пневматичних тренажерів типу RRG-100. ля практичної валідації математичної моделі заплановано розробка програмно-апаратного комплексу на базі мікроконтролера Arduino Nano. Передбачається створення експериментальної схеми із застосуванням резистивних датчиків згину, закріплених на фалангах пальця, що дозволить здійснити експериментальне вимірювання кутів згинання та оцінити адекватність розробленої моделі.
Посилання
Q. Tang et al., "Research trends and hotspots of post-stroke upper limb dysfunction: a bibliometric and visualization analysis," Front. Neurol., vol. 15, p. 1449729, Oct. 2024, doi: 10.3389/fneur.2024.1449729.
H. K. Yap, J. H. Lim, F. Nasrallah, F. Low, J. Goh, and R. Yeow, "MRC-glove: fMRI compatible soft robotic glove for hand rehabilitation," in Proc. IEEE, 2015, doi: 10.1109/ICORR.2015.7281289.
P. Polygerinos, Z. Wang, and K. C. Galloway, "Soft robotic glove for combined assistance and at-home rehabilitation," Rob. Auton. Syst., vol. 73, pp. 135–143, 2015.
C. Y. Chu and R. M. Patterson, "Soft robotic devices for hand rehabilitation and assistance: a narrative review," J. NeuroEng. Rehabil., vol. 15, no. 1, pp. 1–14, 2018.
P. Corke, Robotics, Vision and Control: Fundamental Algorithms In MATLAB, 2nd ed. Springer, 2017.
"RRG-100 Hand Function Rehabilitation Robot Gloves." [Online]. Available: https://manuals.plus/commsin/rrg-100-hand-function-rehabilitation-robot-gloves-manual. Accessed: May 20, 2026.
O. M. Datsok and O. P. Trofymova, “Features of the use of a pneumatic trainer for hand mobility recovery,” in Proc. 81st Student Sci. Tech. Conf. “Student Science Week – 2026”, Dnipro, Ukraine: NTU “Dnipro Polytechnic,” Apr. 20–24, 2026.
X. Wang, C. Cho, P. Zhang, S. Ge, and J. Chen, "Medical Imaging-Based Kinematic Modeling for Biomimetic Finger Joints and Hand Exoskeleton Validation," Biomimetics, vol. 10, no. 10, p. 652, Oct. 2025, doi: 10.3390/biomimetics10100652.
A. Schiele and F. C. Van Der Helm, "Kinematic design to improve ergonomics in human machine interaction," IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng., vol. 14, no. 4, pp. 456–469, 2006.
V. Avilés-Carrillo, R. G. Molinari, G. A. G. De Villa, and L. A. Elias, “A Biomechanical Hand Model to Quantify Finger Joint Kinematics Using a 3D Motion Capture System,” bioRxiv, 2026. [Online]. Available: https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.02.09.704796v1.
S. Cobos, M. Ferre, M. A. Uran, and J. Ortego, “Human hand kinematics modeling,” in Proc. IEEE Int. Symp. on Industrial Electronics (ISIE 2008), 2008, pp. 2261–2266. doi: 10.1109/ISIE.2008.4677275.
O. V. Herasymenko and Y. V. Antonova-Rafi, “Biomechanical modeling and kinematic analysis of a hand exoskeleton,” Biomedical Engineering, no. 2, pp. 45–52, 2020.
M. J. Al-Khafaji et al., “Kinematic modeling of a human finger using Denavit-Hartenberg (D-H) parameters,” Journal of Mechanical Engineering Research and Developments, vol. 43, no. 5, pp. 312–323, 2020.
J. Corbett, “Development and clinical bench testing of a MATLAB-based, user-friendly, deployable software application for automatic batch processing of fully instrumented three-dimensional human movement biomechanics data,” Ph.D. dissertation, Univ. Strathclyde, 2015.
A. B. Neto et al., “Predictive modeling systems with graphical user interface using MATLAB,” Energies, vol. 13, no. 1, p. 15, 2025.
V. B. Strutynskyi and A. V. Lavryk, “Modeling of kinematics of biomechanical systems considering joint axis displacement,” Scientific Notes, no. 65, pp. 112–119, 2019.
P. I. Kulakov and O. M. Tkachenko, “Development of graphical user interfaces in MATLAB for applied modeling tasks,” Bulletin of Vinnytsia Polytechnic Institute, no. 4, pp. 89–95, 2019.
V. P. Yatsenko and S. O. Hrytsenko, “Automation of analysis of human biomechanical movement parameters using MATLAB,” Ukrainian Journal of Medical Engineering and Technology, vol. 3, no. 11, pp. 34–40, 2021.
S. Kakar, “Development of a MATLAB GUI for biomechanical data analysis and visualization,” International Journal of Computer Applications, vol. 177, no. 32, pp. 14–19, 2020.
MathWorks, "App Building in MATLAB." [Online]. Available: https://www.mathworks.com/help/matlab/app-building.html. Accessed: Mar. 16, 2026.
O. M. Datsok and O. P. Trofymova, “Assessment of unwanted loads during operation of the RRG-100 pneumatic trainer using MATLAB,” in Proc. XXXIV Int. Sci. Pract. Conf. “Information Technologies: Science, Engineering, Technology, Education, Health (MicroCAD-2026)”, Kharkiv, Ukraine: NTU “KhPI,” May 13–16, 2026, p. 1705.
S. Högg, M. Holzgraefe, I. Wingendorf, J. Mehrholz, C. Herrmann, and M. Obermann, "Upper limb strength training in subacute stroke patients: study protocol of a randomised controlled trial," Trials, vol. 20, no. 1, p. 168, Mar. 2019, doi: 10.1186/s13063-019-3261-3.
K. G. Selivanova, “Evaluation of the degree of hand motor impairments during physical rehabilitation,” in Proc. VIII Int. Sci. Tech. Conf. “Polygraphic, Multimedia and Web Technologies”, Kharkiv, Ukraine, May 16–20, 2023, pp. 114–115.
K. G. Selivanova, O. G. Avrunin, S. Zlepko, Y. Y. Guminskyi, O. A. Poplavskyy, K. Gromaszek, A. Bizhanova, and G. Kalimbetov, “The tracking system of a three-dimensional position of hand movement for tremor detection,” in Proc. SPIE 11581, Photonics Applications in Astronomy, Communications, Industry, and High Energy Physics Experiments 2020, Oct. 14, 2020, Art. no. 115810I. doi: 10.1117/12.2580330.
##submission.downloads##
-
PDF
Завантажень: 2
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
