Вы здесь

Механизм экзоскелета

Механизм экзоскелета
Задача: 
Анализ и разработка конструкторской документации на прототип устройства

Образ солдата будущего в литературе жанра фантастики и в компьютерных играх практически всегда вырисовывается как человек в экзоскелете (внешнем скелете).

Механизм экзоскелета Karfidov Lab

Механизм экзоскелета Karfidov Lab

В будущем не исключено, что человек в экзоскелете будет конкурировать напрямую с роботом.

Механизм экзоскелета Karfidov Lab

Образцы человекоподобных роботов разработаны уже достаточно давно (например, Atlas), но информация о возможностях их военного применения вероятно, даже в случае разработки, будет глубоко засекречена до получения достаточного количества значительных результатов.

Механизм экзоскелета Karfidov Lab

Мы, получая обращения на разработки, фиксируем значительный интерес к теме экзоскелетов на отечественном рынке.

При выполнении любых действий – физических и мыслительных – человек затрачивает энергию. Это происходит практически постоянно. Во время движения, выполнения рабочих операций, даже во время набора текста на телефоне или клавиатуре, не говоря о ходьбе, беге и других процессах.

Механизм экзоскелета Karfidov Lab

Затраты энергии человеком определяются его физиологией. Таков закон природы, это принимается как должное тысячелетиями. Тем не менее, развитие техники в последнее столетие вызывает стремление поспорить с природой и дать человеку если и не дополнительные силы, то хотя бы возможность их экономить и запасать.

Механизм экзоскелета Karfidov Lab

Когда мы передвигаемся в обычной жизни, делаем это не задумываясь, не считая это работой. А если это не просто прогулка, а необходимость пройти большое расстояние? Сколько полезной нагрузки и сколько энергии потребуется, если человек за день пройдет 10…20…30 км.

Возможно ли создать такой механизм, при котором человек пройдет в два раза больше, затратив столько же энергии?

Схема действия механизма экзоскелета Karfidov Lab

Рассмотрим лишь один элемент движения – перемещение вверх-вниз. Двигаясь вперед, мы должны с каждым шагом делать движение вверх-вниз.  И на это затрачивается до 40-50% энергии.

Механизм экзоскелета Karfidov Lab

Для оценки возможности снижения затрат энергии на вышеуказанный вид движения спроектирована платформа «Прямые ноги», являющаяся в некотором смысле типовым узлом перспективного экзоскелета.

«Прямые ноги» позволяют телу человека при движении сохранять прямолинейную траекторию, подпружинивая стопу.

Механизм экзоскелета Karfidov Lab

Конструкция представляет собой две платформы, соединенные рычажковыми механизмами и пружинами, которые обеспечивают взаимное перемещение платформ.

Модель механизма экзоскелета Karfidov Lab

Модель механизма экзоскелета Karfidov Lab

Данное устройство может работать как чистая механика, так и оснащаться автоматикой. В случае автоматики в состав аппарата входят:

  • - блок управления
  • - сервопривод
  • - соленоид
  • - датчик давления
  • - датчик перемещения

 

Работа аппарата происходит следующим образом. В исходном положении аппарат находиться в раздвинутом состоянии, оператор опирается на верхнюю платформу. 

При движении вперед, в момент отрыва толчковой ноги от поверхности, датчик разгружается и дает команду на прижатие нижней платформы к верхней, что позволяет ноге делать мах без сгибания колена. Когда нога сделает шаг, датчик движения отслеживает это и нижняя платформа перемещается в нижнее положение. Для запирания нижней платформы в конечных точках в конструкцию входит фиксатор, приводящийся в действие соленоидом. Все команды обрабатываются в блоке управления.

При такой ходьбе, в теории, траектория движения человека будет близка к прямолинейной, без амплитудных колебаний верх-вниз. Таким образом, механическая конструкция в теории может позволить экономить энергию человеку при движении, дополнительно разгружая нагрузки в коленях, пояснице.

Механизм экзоскелета

Для практической проверки данных соображений, в связи с обращением частного заказчика, разработана конструкторская документация на прототип устройства. В последующем механизм экзоскелета предполагается к изготовлению для проверки концепции.

 

Karfidov Lab 154