Библиографическое описание:

Поезжаева Е. В., Соколов Д. А., Курочкина В. К. Развитие конструктивных схем экзоскелетов // Молодой ученый. — 2018. — №1. — С. 21-23. — URL https://moluch.ru/archive/187/47607/ (дата обращения: 23.02.2018).



В работе были рассмотрены вопросы организации управляемого движения экзоскелета в процессе подъема груза. Разработка экзоскелета с гидравлическим приводом, управляемым оператором через систему рычагов, контролирующих гидрораспределители.

Ключевые слова: экзоскелет, экзоскелет с гидравлическим приводом, гидрораспределители, гидроцилиндр, подъем груза.

Наука и технологии —это постоянное соперничество изобретательности человека и природы. С древнейших времен человек стремится изменить окружающий мир для улучшения своей жизнедеятельности, не нарушая законов природы. Некоторые беспозвоночные имеют внешний скелет, но у человека он отсутствует.

Сейчас появляется потребность в устройствах, усиливающих физические способности человека. Одним из путей разрешения предоставленной задачи считается использование человеко-машинных систем (устройств), где взаимодействие оператора и механизма приводит к отличным показателям человеческих способностей. Одним из примеров разработок систем считаются экзоскелеты.

Экзоскелет — прибор, предназначенный для восполнения утраченных функций, наращивания силы мускул человека и расширения амплитуды перемещений за счёт наружного каркаса и приводящих частей. Аналогичные приборы могут применяться в военном деле (антитеррор, штурмовые и саперные операции, установка трудной брони и вооружения) и в будничной жизни. В мирной жизни у экзоскелетов есть задачки трёх типов: строительно-логистическая, медицинская и особая. Строительный экзоскелет имеет возможность нести на себе строительное оснащение или же применяться в качестве погрузчика. Медицинские экзоскелеты можно использовать как инвалидные коляски для больных людей и инвалидов. Особые экзоскелеты могут быть как оборудованием для спасателей, так и механизированными водолазными или же защитными костюмами [5, c.253]. В настоящее время проводится функциональная разработка экзоскелетов. Разработки необходимы для создания систем вертикального положения человека и усиления его физических возможностей. Предлагается рассмотреть вопрос о применении экзоскелета для подъема груза в том случае, когда для этого потребуется перемещение всех механизмов (рук, ног и корпуса) [6, c24]. Аналогичные действия аппарата равносильны различной работе с грузом и функциональными действиями оператора. Организация управляемого подъема груза из такового исходного положения соединит в себе задачи вертикализации механизма и манипулирования груза с поддержкой «рук» экзоскелета.

Для исследования рассмотрим модели экзоскелетов XOS 2 и HAL (Рис.1,2) XOS 2, при весе в 80 килограммов, позволяет человеку поднять 90 дополнительных килограммов, а экзоскелет HAL японского производителя роботов Cyberdyne обеспечивает возможность ходить людям с ограниченными возможностями и поднимать тяжелые грузы.

Рис. 1.

Рис. 2.

Предлагается система с гидравлическим приводом, управляемым оператором через систему рычагов, контролирующимися гидрораспределителями. В отличии от имеющихся аналогов, в разработке системы кое-какие суставные узлы станут двигать мускульные силы оператора. Для снижения нагрузки на позвоночник, мышцы и суставы человека используется полный каркас человеческого тела, дополнительные гидроцилиндры в коленных, локтевых суставах и суставах ступни, в поясничном отделе. Ступоходы экзоскелета изготавливаются из плотного амортизирующего материала. Схему конструкции ноги можно рассмотреть на рисунке 3: [4]

https://www.swsu.ru/structura/up/fiu/tmim/med-teh/m-image/image090.jpg

Рис. 3. Схема конструкции ноги экзоскелета человека (вид сбоку): 1 — Нога человека; 2 — Стойка; 3 — Бедренное звено; 4 — Голень; 5 — Стопа; 6, 7, 8 — Приводы линейного перемещения; 9 — Резиновая подошва; 10 — Датчик угла поворота (энкодер); 11 — Предохранительный концевой датчик; 12 — Ремни для укрепления на ноге человека; 13 — Датчик нагрузки на опорную пяту. [4]

Ключевое различие в системе управления заключается в том, что она построена на основе механизмов, исключая электронику. Это повышает возможности ремонта и снижает стоимость изделия. В силовой установке возможно применять малогабаритные бензогенераторы, которые объединяются с электромотором, который приводит в движение вал гидронасоса. Управлять данным механизмом возможно при помощи 12-клапанного гидрораспределителя. Штоки гидрораспределителя можно приводить в движение при помощи тяг, контролируемых оператором, что упрощает починку в полевых условиях. Дополнительно возможно ввести датчик нагрузки и контроля напряжения питания для защиты батареи от полного разряда и информирования пользователя об оставшемся времени автономной работы. Примерная схема указана на рисунке 4. [2]

Рис. 4 Схема датчика [2]

Основными преимуществами данного экзоскелета являются энергетическая свобода, дешевизна в сборке и ремонте в разных условиях.

Механические системы очень широко распространяются в современной технике. Самым востребованным направлением в развитии и внедрении робототехнических систем являются экзоскелеты. Следовательно, с развитием новых технологий в разных областях науки, будут открываться новые возможности в изготовлении новых материалов, экзоскелеты будут усовершенствоваться, уменьшаться в размерах и становиться более точными.

Литература:

  1. Поезжаева Е. В. «Концепция развития робототехники». — Пермь: ПНИПУ, 2017. — 440 с.
  2. Экзоскелет своими руками // Глобальная Научно-Техническая Информация. URL: http://gnti.ru/Экзоскелет %20своими %20руками/1Z9kyt6ShrI (дата обращения: 20.12.2017).
  3. Ekso Bionics. URL: http://eksobionics.com/ (дата обращения: 24.12.2017)
  4. Применение мехатронных систем в медицинской технике // Официальный портал Юго-Западного государственного университета. URL: https://www.swsu.ru/structura/up/fiu/tmim/med-teh/#3 (дата обращения: 30.12.2017).
  5. Верхов С. С. Экзоскелет с гидравлическим приводом // XII Международная научная конференция «Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии». — 2016. — № 1. — С. 253–254.
  6. С. Ф. Яцун, С. И. Савин, А. С. Яцун, Г. В. Климов/. Кинематический анализ экзоскелета в процессе подъема груза // Известия Юго-Западного государственного университета Серия Техника и технологии. — 2015. — № 3. — С. 24–30.
Основные термины (генерируются автоматически): гидравлическим приводом, подъема груза, процессе подъема груза, дата обращения, управляемым оператором, Юго-Западного государственного университета, систему рычагов, управляемого подъема груза, ноги экзоскелета человека, соперничество изобретательности человека, силы мускул человека, управляемого движения экзоскелета, вертикального положения человека, физические способности человека, конструкции ноги, подъем груза, поддержкой «рук» экзоскелета, модели экзоскелетов xos, функциональными действиями оператора, манипулирования груза.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос