Развитие конструктивных схем экзоскелетов | Статья в журнале «Молодой ученый»

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: 15.08.2018).



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): HAL, XOS, гидравлический привод, датчик нагрузки, нога человека, система рычагов, схема конструкции ноги, управляемый оператор, возможность.


Похожие статьи

Гидравлическая система летательных аппаратов: вертолета...

Гидравлические системы используются в качестве приводов летательных аппаратов.

Развитие современного общества, высокий темп жизни, большой поток информации требуют от человека своевременного принятия

Рис. 2. Схема гидравлической системы вертолета...

Компьютерное моделирование гидравлических систем

Рис. 1. Схема гидравлической системы с двумя закрытыми емкостями. Математическая модель гидросистемы.

Основные термины (генерируются автоматически): система, гидравлический привод, рабочая жидкость, гидравлическая система, рисунок...

Обзор и перспективы развития мобильных шагающих...

Отмечена главенствующая роль системы управления, определяющей возможности шагающих машин.

Бортовой компьютер управляет движением ног, опрашивает и анализирует данные с различных датчиков, в том числе датчиков положения, тензодатчиков и контактных датчиков.

Современные периферийные устройства виртуальной реальности

Схема переноса следующая: устройство крепится к

Для анализа движения человека используется специальный костюм, в который вмонтированы датчики

В этих системах основная нагрузка ложится на программную обработку получаемой от них информации.

Система автоматического управления углом поворота нагрузки

Рис. 1. Принципиальная схема системы управления углом поворота нагрузки.

Управляемая величина — угол поворота нагрузки. Датчиком обратной связи служит потенциометр Д1, который механически связан с редуктором (Ред.) Потенциометр преобразует угол поворота в...

Разработка частотно-регулируемого асинхронного электропривода...

Суммарная мощность силового привода буровых установок составляет от 1000 до 4500 кВт.

Рис. 1. Схема буровой установки для глубокого вращательного бурения: 1 — долото; 2

возможность точной дозировки и повышение КПД процессов транспортировке жидкости.

Динамическая анатомия в футболе. Анализ двигательного действия

Силы, действующие на тело человека, разделяются на внешние и внутренние. В данном положении участвуют как внешние, так и

‒ Голень правой ноги пронировано, пронацию голени производят мышцы, которые расположены сзади и с медиальной стороны коленного сустава

Обучающаяся система управления движением для 3D модели...

Это означает, что шагающая машина, даже в случае ручного управления человеком, все равно должна обладать автоматической системой управления движением, хотя бы на уровне контроля и координации работы ног.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Гидравлическая система летательных аппаратов: вертолета...

Гидравлические системы используются в качестве приводов летательных аппаратов.

Развитие современного общества, высокий темп жизни, большой поток информации требуют от человека своевременного принятия

Рис. 2. Схема гидравлической системы вертолета...

Компьютерное моделирование гидравлических систем

Рис. 1. Схема гидравлической системы с двумя закрытыми емкостями. Математическая модель гидросистемы.

Основные термины (генерируются автоматически): система, гидравлический привод, рабочая жидкость, гидравлическая система, рисунок...

Обзор и перспективы развития мобильных шагающих...

Отмечена главенствующая роль системы управления, определяющей возможности шагающих машин.

Бортовой компьютер управляет движением ног, опрашивает и анализирует данные с различных датчиков, в том числе датчиков положения, тензодатчиков и контактных датчиков.

Современные периферийные устройства виртуальной реальности

Схема переноса следующая: устройство крепится к

Для анализа движения человека используется специальный костюм, в который вмонтированы датчики

В этих системах основная нагрузка ложится на программную обработку получаемой от них информации.

Система автоматического управления углом поворота нагрузки

Рис. 1. Принципиальная схема системы управления углом поворота нагрузки.

Управляемая величина — угол поворота нагрузки. Датчиком обратной связи служит потенциометр Д1, который механически связан с редуктором (Ред.) Потенциометр преобразует угол поворота в...

Разработка частотно-регулируемого асинхронного электропривода...

Суммарная мощность силового привода буровых установок составляет от 1000 до 4500 кВт.

Рис. 1. Схема буровой установки для глубокого вращательного бурения: 1 — долото; 2

возможность точной дозировки и повышение КПД процессов транспортировке жидкости.

Динамическая анатомия в футболе. Анализ двигательного действия

Силы, действующие на тело человека, разделяются на внешние и внутренние. В данном положении участвуют как внешние, так и

‒ Голень правой ноги пронировано, пронацию голени производят мышцы, которые расположены сзади и с медиальной стороны коленного сустава

Обучающаяся система управления движением для 3D модели...

Это означает, что шагающая машина, даже в случае ручного управления человеком, все равно должна обладать автоматической системой управления движением, хотя бы на уровне контроля и координации работы ног.

Задать вопрос