RU202567U1 - Modular exoskeleton - Google Patents
Modular exoskeleton Download PDFInfo
- Publication number
- RU202567U1 RU202567U1 RU2020134226U RU2020134226U RU202567U1 RU 202567 U1 RU202567 U1 RU 202567U1 RU 2020134226 U RU2020134226 U RU 2020134226U RU 2020134226 U RU2020134226 U RU 2020134226U RU 202567 U1 RU202567 U1 RU 202567U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- exoskeleton
- elastic
- person
- plate
- load
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
- A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
- A62B99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Emergency Management (AREA)
- Orthopedics, Nursing, And Contraception (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к устройствам, облегчающим подъем и перемещение грузов, для усиления физических возможностей человека и повышения безопасности при работе в условиях тяжелого физического труда. Целью и задачей полезной модели является разработка модульной конструкции экзоскелета обеспечивающего расширение функционала за счет установки дополнительных модулей, а также повышение удобства и безопасности при эксплуатации. Модульный экзоскелет содержит раму, выполненную по форме в виде буквы «Г», которая соединяет нагрудную пластину, спинную пластину и пояс со смонтированной набрюшной пластиной и трубчатым креплением за счет установки универсальных креплений, при этом универсальные крепления необходимы для установки дополнительных модулей, таких как подголовник, фронтальная опора, эластичные тросы с зацепами, ролик, через который параллельно протянуты упругий и неупругий элементы, соединённые с набедренными манжетами; активный модуль, при этом спинная пластина выполнена по форме естественного прогиба позвоночника человека и содержит велкроткань и мягкие прокладки для настройки под индивидуальные особенности человека, а упругий и неупругие элементы содержат пряжки для регулировки степени провиса и силы натяжения данных элементов, так же набедренные манжеты содержат велкроткань для быстрого их закрепления и сброса, а активный модуль содержит корпус, микроконтроллер, лебедку, батарею, трос, карабин, датчик углового перемещения, сенсор. Техническими результатами заявленной полезной модели являются расширение функциональных возможностей экзоскелета; снижение нагрузки на руки, брюшной отдел, позвоночник при взятии и переносе груза; повышение удобства и безопасности при эксплуатации. 19 ил.The utility model relates to devices that facilitate the lifting and movement of loads, for enhancing the physical capabilities of a person and increasing safety when working in conditions of heavy physical labor. The purpose and task of the utility model is to develop a modular design of an exoskeleton that provides an expansion of functionality through the installation of additional modules, as well as an increase in convenience and safety during operation. The modular exoskeleton contains an L-shaped frame that connects the chest plate, back plate and belt to the mounted abdominal plate and tubular attachment by installing universal mounts, while universal mounts are required to install additional modules such as a headrest , front support, elastic cables with hooks, a roller through which elastic and inelastic elements are parallel stretched, connected to the thigh cuffs; active module, while the back plate is made in the shape of the natural deflection of the human spine and contains velcro and soft pads for customization to individual characteristics of a person, and elastic and inelastic elements contain buckles to adjust the degree of sagging and tension of these elements, and the hip cuffs contain velcro for quick fastening and resetting, and the active module contains a housing, a microcontroller, a winch, a battery, a cable, a carabiner, an angular displacement sensor, and a sensor. The technical results of the claimed utility model are to expand the functionality of the exoskeleton; reducing the load on the arms, abdominal region, spine when taking and carrying a load; increased convenience and safety during operation. 19 ill.
Description
Область техники, к которой относиться полезная модельThe field of technology to which the utility model belongs
Полезная модель относится к устройствам, облегчающим подъем и перемещение грузов, для усиления физических возможностей человека и повышения безопасности при работе в условиях тяжелого физического труда.The utility model relates to devices that facilitate the lifting and movement of loads, for enhancing the physical capabilities of a person and increasing safety when working in conditions of heavy physical labor.
Одной из распространенных травм во время работы являются травмы позвоночника, которые возникают при неправильном подъеме и переносе грузов. При правильном подъеме груз должен подниматься за счет ног при прямой спине [1]. Формирование правильного прогиба позвоночника, а также снижение нагрузки на организм человека при выполнении различных работ возможно обеспечить за счет применения экзоскелета.One of the most common injuries during work is spinal injuries that occur when lifting and carrying loads improperly. When lifted correctly, the load should be lifted by the legs with a straight back [1]. The formation of the correct deflection of the spine, as well as a decrease in the load on the human body when performing various works, can be achieved through the use of an exoskeleton.
Экзоскелет техническое средство, одеваемое на человека и предназначенное для увеличения физической силы человека. На данный момент существует две группы экзоскелетов: активные и пассивные.An exoskeleton is a technical device worn on a person and designed to increase a person's physical strength. At the moment, there are two groups of exoskeletons: active and passive.
Активные экзоскелеты характеризуются наличием: системы силовых приводов, электронной системой управления, системами энергопитания. На данный момент активные экзоскелеты достаточно сложны и дороги в производстве и требовательны к условиям эксплуатации из чего стоимость их внедрения на сегодняшний день остается крайне высокой.Active exoskeletons are characterized by the presence of: power drive systems, electronic control systems, power supply systems. At the moment, active exoskeletons are quite complex and expensive to manufacture and demanding on operating conditions, which makes the cost of their implementation extremely high today.
Пассивные экзоскелеты функционируют за счет мускульной силы человека и способны обеспечить равномерное распределение нагрузки на организм человека, чем снижают общую утомляемость при работе, и как следствие, это увеличивает производительность труда. Так же данные экзоскелеты весьма просты в изготовлении и эксплуатации. Passive exoskeletons function due to the muscular strength of a person and are able to provide an even distribution of the load on the human body, thereby reducing overall fatigue during work, and as a result, this increases labor productivity. Also, these exoskeletons are very easy to manufacture and operate.
Уровень техникиState of the art
Из уровня техники известно устройство US №2019216630 (опубл. 18.07.2019 г.) содержащее: опорную раму, бедренные звенья, генераторы крутящего момента, при этом генераторы крутящего момента соединяют опорную раму с бедренными звеньями и создают крутящий момент, который поддерживает туловище. From the prior art, a device US No. 2019216630 (publ. 07/18/2019) is known containing: a support frame, femoral links, torque generators, while the torque generators connect the support frame to the femoral links and create a torque that supports the torso.
Недостатками данного устройства являютсяThe disadvantages of this device are
недостаточная подвижность корпуса, обусловленная жестким исполнением конструкции экзоскелета; insufficient mobility of the body due to the rigid design of the exoskeleton;
нет фиксации правильного прогиба позвоночника при наклоне; there is no fixation of the correct deflection of the spine when bending;
отсутствуют механизмы разгрузки рук при подъеме и переносе груза, для этого необходимо устанавливать другой модуль, что привод к увеличению массы и габаритов экзоскелета; there are no mechanisms for unloading hands when lifting and carrying a load, for this it is necessary to install another module, which leads to an increase in the mass and dimensions of the exoskeleton;
нет возможности работать в статичной позе при зафиксированном угле наклона, что ограничивает область применения экзоскелета; there is no opportunity to work in a static position with a fixed angle of inclination, which limits the scope of the exoskeleton;
отсутствует поддержка брюшного давления, необходимая при работе с тяжелыми грузами, что может привести к нарушению здоровья человека;there is no support for abdominal pressure, which is necessary when working with heavy loads, which can lead to a violation of human health;
конструктивное исполнение опорной рамы экзоскелета ограничивает его применение среди женщин. the structural design of the exoskeleton support frame limits its use among women.
Так же известно устройство US №2020113725 (опубл. 16.04.2020 г.) содержащее: биометрическую полужесткую опорную систему, ремни для крепления к телу и панель обратной связи. При этом панель обратной связи расположена на спине пользователя в месте, соответствующем средней грудной области пользователя. Такая компоновка заставляет пользователя ощущать обратную связь по давлению на спину при сгибании и скручивании туловища.Also known is a device US No. 2020113725 (publ. 04/16/2020) containing: a biometric semi-rigid support system, straps for attaching to the body and a feedback panel. In this case, the feedback panel is located on the back of the user in a place corresponding to the middle chest region of the user. This arrangement makes the user feel pressure feedback on the back when flexing and twisting the torso.
Недостатками данного устройства являютсяThe disadvantages of this device are
экзоскелет не способен обеспечить помощь при выпрямлении туловища после наклона, что ограничивает область применения данного экзоскелета; the exoskeleton is not able to provide assistance in straightening the trunk after tilting, which limits the scope of this exoskeleton;
нет возможности работать в статичной позе при зафиксированном угле наклона, что ограничивает область применения экзоскелета; there is no opportunity to work in a static position with a fixed angle of inclination, which limits the scope of the exoskeleton;
расположение ремней способно пережать вены и артерии, идущие к рукам, что может вызывать онемение и, как следствие, нарушение здоровья человека; the location of the belts can squeeze the veins and arteries going to the arms, which can cause numbness and, as a result, a violation of human health;
полужесткая опора давит в спину пользователю при неправильном наклоне, это сказывается на удобстве при эксплуатации; the semi-rigid support presses on the back of the user if the tilt is incorrect, this affects the convenience during operation;
отсутствие возможности расширения функциональных возможностей экзоскелета за счет установки дополнительных модулей. inability to expand the functionality of the exoskeleton by installing additional modules.
Так же известно мобильное поддерживающее устройство из патента US №5951591 (опубл. 14.09.1999 г.) содержащее: раму, к которой крепятся нагрудный ремень, зажим для ремня и удлинители для ног. Нагрудный ремень носит рабочий и поддерживается системой из эластичного шнура и шкивов. Ремень натягивается на верхнюю часть тела, когда рабочий наклоняется вперед, и таким образом обеспечивает поддержку. Чем дальше пользователь наклоняется вперед, тем сильнее натягиваются шнуры, и, таким образом, больше поддерживается спина.Also known is a mobile support device from US patent No. 5951591 (publ. 09.14.1999) containing: a frame to which a chest strap is attached, a belt clip and leg extensions. The chest strap is worn by the worker and is supported by a system of elastic cord and pulleys. The belt is pulled over the upper body as the worker leans forward and thus provides support. The further the user leans forward, the tighter the cords are pulled, and thus the more the back is supported.
Недостатками данного технического решения являютсяThe disadvantages of this technical solution are
нет фиксации правильного прогиба позвоночника при наклоне; there is no fixation of the correct deflection of the spine when bending;
устройство не оказывает помощь при выпрямлении; the device does not provide assistance in straightening;
отсутствие возможности расширения функциональных возможностей за счет установки дополнительных модулей; inability to expand functionality by installing additional modules;
нет механизмов разгрузки рук при подъеме и переносе груза; there are no mechanisms for unloading hands when lifting and carrying loads;
нет механизмов разгрузки позвоночника при переносе груза. there are no mechanisms for unloading the spine when carrying a load.
Так же известно изобретение по патенту WO №2019/074350 (опубл. 18.04.2019 г.) содержащее: каркас, ремень, пояс для живота, изогнутые рычаги, вогнутый поворотный модуль, эластичный элемент, трубчатую раму, нескользящий ремень и силиконовую пену с эффектом памяти.Also known is the invention under the patent WO No. 2019/074350 (publ. 18.04.2019) containing: a frame, a belt, a belt for the abdomen, curved levers, a concave swivel module, an elastic element, a tubular frame, a non-slip belt and silicone foam with an effect memory.
Недостатками данного технического решения являются:The disadvantages of this technical solution are:
отсутствие возможности расширения функциональных возможностей за счет установки дополнительных модулей; inability to expand functionality by installing additional modules;
нет правильной фиксации позвоночника при наклоне; there is no correct fixation of the spine when tilting;
нет механизмов разгрузки рук при подъеме и переносе груза; there are no mechanisms for unloading hands when lifting and carrying loads;
нет механизмов разгрузки позвоночника при переносе груза. there are no mechanisms for unloading the spine when carrying a load.
Еще известен пассивный экзоскелет по патенту RU №194544U1 (опубл. 13.12.2019 г. Бюл. №4) принимаемый за прототип, содержащий грудную опору, поясничную опору, опору для бедер, рессоры и выполнен в виде корсета, соединяющего грудную и поясничную опоры и снабженного опорной пластиной в области позвоночника, расположенной между грудной и поясничной опорами и выполненной с расширением до упора с осью правой и левой лопаток, а также внутренней и наружной рессорами, жестко закрепленными с опорной пластиной и установленными в области поясничной опоры, кроме того, он дополнительно снабжен поясом с застежкой, соединенным с поясничной опорой, а также двумя эластомерами, соединенными Х-образно на спине с нагрудными регулирующими стропами и задней частью опор для бедер.Another known passive exoskeleton according to patent RU No. 194544U1 (publ. 12/13/2019, bull. No. 4) taken as a prototype containing a chest support, lumbar support, hip support, springs and is made in the form of a corset connecting the chest and lumbar supports and equipped with a support plate in the area of the spine, located between the thoracic and lumbar supports and made with expansion up to stop with the axis of the right and left shoulder blades, as well as internal and external springs rigidly fixed to the support plate and installed in the area of the lumbar support, in addition, it additionally equipped with a belt with a fastener connected to the lumbar support, as well as two elastomers connected in an X-shape at the back with the chest regulating straps and the rear part of the thigh supports.
Недостатками известного технического решения являются:The disadvantages of the known technical solution are:
корсет плотно прилегает к телу человека ухудшая тем самым естественную вентиляцию, что приводит к увеличению потливости человека, и как следствие, снижает удобство при эксплуатации и эффективность труда; the corset fits snugly to the human body, thereby impairing natural ventilation, which leads to an increase in human sweating, and as a result, reduces ease of use and labor efficiency;
для ходьбы и бега необходимо провисание эластомеров, в результате чего человек в условиях производства может зацепиться эластомерами за различные объекты окружающей среды, что может привести к поломке экзоскелета или травме человека; sagging of elastomers is necessary for walking and running, as a result of which a person in production conditions can catch elastomers for various objects of the environment, which can lead to breakage of the exoskeleton or injury to a person;
при полном натяжении эластомеров в вертикальном положении стоя, усложняется процесс ходьбы и бега, т.к эластомеры ограничивают фазу шага, что сказывается на удобстве при эксплуатации и безопасности перемещения; when the elastomers are fully stretched in an upright standing position, the process of walking and running becomes more difficult, because elastomers limit the step phase, which affects the convenience and safety of movement;
перед выполнением производственной операции, связанной с подъемом и переносом груза, необходимо каждый раз регулировать натяжение эластомеров; before performing a production operation associated with lifting and transferring a load, it is necessary to adjust the tension of elastomers each time;
отсутствует поддержка брюшного давления, необходимая при работе с тяжелыми грузами, что может привести к нарушению здоровья человека; there is no support for abdominal pressure, which is necessary when working with heavy loads, which can lead to a violation of human health;
нет механизмов разгрузки рук при взятии груза с земли; there are no mechanisms for unloading hands when taking a load from the ground;
рессора и опорная пластина не обеспечивает жесткую фиксацию торса, в результате чего человек при наклоне может неправильно согнуть спину, при подъеме груза большой массы неправильный наклон увеличивает шансы получения травмы позвоночника; the spring and the base plate do not provide a rigid fixation of the torso, as a result of which a person may bend his back incorrectly when bending; when lifting a large mass, an incorrect tilt increases the chances of a spinal injury;
нет возможности работать в статичной позе при зафиксированном угле наклона, что ограничивает область применения экзоскелета; there is no opportunity to work in a static position with a fixed angle of inclination, which limits the scope of the exoskeleton;
нет возможности быстрого сброса экзоскелета, что может привести к травмам человека во время чрезвычайных ситуаций; there is no possibility of a quick reset of the exoskeleton, which can lead to human injuries during emergencies;
отсутствие возможности расширения функциональных возможностей экзоскелета за счет установки дополнительных модулей. inability to expand the functionality of the exoskeleton by installing additional modules.
Раскрытие полезной моделиDisclosure of a utility model
Целью и задачей полезной модели является разработка модульной конструкции экзоскелета обеспечивающего расширение его функциональных возможностей за счет установки дополнительных модулей, а также повышение удобства и безопасности при эксплуатации.The purpose and task of the utility model is the development of a modular design of the exoskeleton, which ensures the expansion of its functionality by installing additional modules, as well as increasing the convenience and safety during operation.
Техническими результатами заявленной полезной модели являются:The technical results of the claimed utility model are:
расширение функциональных возможностей экзоскелета; expanding the functionality of the exoskeleton;
снижение нагрузки на руки, брюшной отдел, позвоночник при взятии и переносе груза; reducing the load on the arms, abdominal region, spine when taking and carrying a load;
повышение удобства и безопасности при эксплуатации. increased convenience and safety during operation.
Это достигается тем, что в отличие от известного технического решения данный экзоскелет содержит раму, выполненную по форме в виде буквы «Г», которая соединяет нагрудную пластину, спинную пластину и пояс со смонтированной набрюшной пластиной и трубчатым креплением, за счет установки универсальных креплений, при этом универсальные крепления необходимы для установки дополнительных модулей таких как: подголовник, фронтальная опора, эластичные тросы с зацепами, ролик, через который параллельно протянуты упругий и неупругий элементы соединённые с набедренными манжетами; активный модуль, при этом спинная пластина выполнена по форме естественного прогиба позвоночника человека и содержит велкроткань и мягкие прокладки для настройки под индивидуальные особенности человека, а упругий и неупругие элементы содержат пряжки для регулировки степени провиса и силы натяжения данных элементов, так же набедренные манжеты содержат велкроткань для быстрого их закрепления и сброса, а активный модуль содержит: корпус, микроконтроллер, лебедку, батарею, трос, карабин, датчик углового перемещения, сенсор.This is achieved by the fact that, in contrast to the known technical solution, this exoskeleton contains a frame made in the shape of the letter "L", which connects the chest plate, back plate and belt with the mounted abdominal plate and tubular fastening, due to the installation of universal fasteners, when this universal mounts are necessary for the installation of additional modules such as: headrest, front support, elastic cables with hooks, a roller through which elastic and inelastic elements are stretched in parallel, connected to the hip cuffs; active module, while the back plate is made in the shape of the natural deflection of the human spine and contains velcro and soft pads for customization to individual characteristics of a person, and elastic and inelastic elements contain buckles to adjust the degree of sagging and tension of these elements, as well as hip cuffs contain velcro for their quick fastening and reset, and the active module contains: a case, a microcontroller, a winch, a battery, a cable, a carabiner, an angular displacement sensor, a sensor.
Сущность предложенной конструкции модульного экзоскелета заключается в следующем.The essence of the proposed design of a modular exoskeleton is as follows.
Экзоскелет выполнен в виде модульной конструкции, благодаря сочетанию рамы и универсальных креплений становиться возможным установка различных дополнительных модулей, что расширяет функциональные возможности экзоскелета и позволяет формировать набор из необходимых модулей под конкретную производственную задачу.The exoskeleton is made in the form of a modular design, thanks to the combination of a frame and universal mounts, it becomes possible to install various additional modules, which expands the functionality of the exoskeleton and allows you to form a set of necessary modules for a specific production task.
При наклоне человек непроизвольно сгибает спину в поясничном отделе, что является недопустимым при работе с различными грузами, поэтому необходима фиксация позвоночника в правильном (прямом) положении. Это достигается за счет применения рамы, выполненной по форме в виде буквы «Г» с установленной нагрудной, спиной пластины и поясом со смонтированной набрюшной пластиной, которые обеспечивают жесткую фиксацию туловища человека за счет равномерного давления в трех точках (грудь, поясница, брюшная область) и тем самым ограничивают перемещение грудного и поясничного отдела, в результате чего человек не сможет согнуться неправильно и таким образом формируется правильный прогиба спины, что снижает вероятность получения травм при подъеме и переносе груза. When tilting, a person involuntarily flexes his back in the lumbar region, which is unacceptable when working with various weights, therefore, it is necessary to fix the spine in the correct (straight) position. This is achieved through the use of a frame made in the shape of the letter "L" with an installed chest plate, a back plate and a belt with a mounted abdominal plate, which provide rigid fixation of the human body due to uniform pressure at three points (chest, lower back, abdominal region) and thereby restrict the movement of the thoracic and lumbar spine, as a result of which the person cannot bend incorrectly and thus the correct back deflection is formed, which reduces the likelihood of injury when lifting and carrying a load.
Выбор рамы обусловлен тем, что не только обеспечивается возможность установки на экзоскелет дополнительных модулей, но и обеспечивается лучшая вентиляция за счет малых площадей контакта с туловищем человека и значительных по размерам зазоров между туловищем и рамой, что сказывается на удобстве при эксплуатации. Так же рама обеспечивает более быстрое надевание экзоскелета и позволяет избавиться от применения различных ремней для фиксации экзоскелета на теле человека, что в свою так же сказывается на удобстве при эксплуатации и позволяет быстро сбросить экзоскелет в экстренной ситуации.The choice of the frame is due to the fact that not only the possibility of installing additional modules on the exoskeleton is provided, but also better ventilation is provided due to the small areas of contact with the human body and the large gaps between the body and the frame, which affects the ease of use. The frame also provides a faster donning of the exoskeleton and allows you to get rid of the use of various straps to fix the exoskeleton on the human body, which in its own way affects the ease of use and allows you to quickly drop the exoskeleton in an emergency.
Одной из распространенных травм при подъеме груза большой массы является грыжа живота, которая возникает при избыточном внутрибрюшном давлении [2]. Для снижения риска травм живота при подъеме и переносе груза, на поясе содержится набрюшная пластина для поддержания необходимого брюшного давления. Набрюшная пластина с поясом выполняют функции атлетического пояса, который в данный момент используют спортсмены при выполнении тяжелых физических упражнений.One of the most common injuries when lifting a large mass is a hernia of the abdomen, which occurs with excessive intra-abdominal pressure [2]. To reduce the risk of abdominal injury when lifting and carrying loads, the belt contains an abdominal plate to maintain proper abdominal pressure. The abdominal belt with a belt serves as an athletic belt, which athletes currently use when performing heavy physical exercises.
По необходимости в трубчатое крепление устанавливается фронтальная опора, которая обеспечивает дополнительную жесткость раме и способствует более равномерному распределению массы переносимого груза с рук на бедра человека. Фронтальная опора выполнена в виде пары «винт-гайка» для возможности индивидуальной регулировки под каждого человека. If necessary, a front support is installed in the tubular mount, which provides additional rigidity to the frame and contributes to a more even distribution of the mass of the transferred load from the hands to the hips of a person. The front support is made in the form of a pair of "screw-nut" for the possibility of individual adjustment for each person.
Ролик обеспечивает возможность ходьбы и бега при максимальном натяжении упругого и неупругого элемента т.к при перестановке одной ноги вперед, а другой назад происходит изменение длин данных элементов. Максимальное натяжение необходимо для устранения провисания данных элементов и для улучшения удобства при эксплуатации. В результате чего нет необходимости перед выполнением работы каждый раз регулировать величину провиса и силу натяжения упругого и неупругого элемента. Так же обеспечивается полезная работа с вертикального положения стоя.The roller provides the ability to walk and run with the maximum tension of the elastic and inelastic element, because when one leg is moved forward and the other backward, the lengths of these elements change. The maximum tension is necessary to eliminate the slack of these elements and to improve ease of use. As a result, there is no need to adjust the amount of sag and the tension force of the elastic and inelastic element each time before performing the work. It also provides useful work from an upright standing position.
Набедренные манжеты застегиваются на велкроткани, что ускоряет процесс надевания и быстрого сброса экзоскелета в экстренной ситуации.Velcro closure secures the thigh cuffs for quick donning and quick release of the exoskeleton in an emergency.
На раме, на уровне плеч человека закрепляются эластичные тросы с зацепами через универсальные крепления. Они обеспечивают частичную компенсацию массы переносимого груза и снижают нагрузки на мышцы бицепса, за счет предварительного их натяжения при помощи разгиба рук перед взятием груза. On the frame, at the level of a person's shoulders, elastic cables with hooks are fixed through universal fasteners. They provide partial compensation for the mass of the carried load and reduce the load on the biceps muscles, due to their preliminary tension using the extension of the arms before taking the load.
Подголовник обеспечивает снижение нагрузки на мышцы шеи.The headrest reduces stress on the neck muscles.
В случае необходимости на экзоскелет дополнительно устанавливается активный модуль, который переводит пассивный экзоскелет в активный и оказывает существенную помощь при выпрямлении туловища.If necessary, an active module is additionally installed on the exoskeleton, which converts the passive exoskeleton into an active one and provides significant assistance in straightening the trunk.
Описание чертежейDescription of drawings
Признаки и сущность заявленного модульного экзоскелета поясняются чертежами: The features and essence of the claimed modular exoskeleton are illustrated by drawings:
Фиг. 1 изображен вид общий модульного экзоскелета; FIG. 1 shows a general view of a modular exoskeleton;
Фиг. 2 вид спереди; FIG. 2 front view;
Фиг. 3 вид сзади; FIG. 3 rear view;
Фиг. 4 вид сбоку; FIG. 4 side view;
Фиг. 5 правильная установка модульного экзоскелета на теле человека и фиксация правильного прогиба позвоночника; FIG. 5 correct installation of the modular exoskeleton on the human body and fixation of the correct deflection of the spine;
Фиг. 6 общий вид захвата; FIG. 6 general view of the capture;
Фиг. 7 работа захвата; FIG. 7 work of capture;
Фиг. 8 растяжение упругого элемента при наклоне; FIG. 8 stretching the elastic member when tilted;
Фиг. 9 возвращение туловища в исходное положение; FIG. 9 return of the trunk to its original position;
Фиг. 10 работа эластичных тросов с захватами при подъёме груза; FIG. 10 work of elastic cables with grippers when lifting a load;
Фиг. 11 распределение массы переносимого груза с рук на пояс; FIG. 11 distribution of the mass of the carried load from the hands to the belt;
Фиг. 12 работа упругого элемента при вставании человека с корточек; FIG. 12 the work of an elastic element when a person gets up from a squatting position;
Фиг. 13а работа ролика, вид сзади; FIG. 13a the operation of the roller, rear view;
Фиг. 13б процесс ходьбы; FIG. 13b walking process;
Фиг. 14 работа ролика при отсутствии движения; FIG. 14 the work of the roller in the absence of movement;
Фиг. 15 работа ролика при движении; FIG. 15 the work of the roller when moving;
Фиг. 16 установленный активный модуль; FIG. 16 active module installed;
Фиг. 17 общий вид активного модуля; FIG. 17 general view of the active module;
Фиг. 18 входное воздействие на сенсор.FIG. 18 input action on the sensor.
Осуществление полезной моделиImplementation of the utility model
Модульный экзоскелет (фиг. 1-4) представляет собой раму 1, выполненную по форме в виде буквы «Г», на которую устанавливаются нагрудная пластина 2, универсальные крепления 3, спинная пластина 4, пояс 5, набрюшная пластина 6, трубчатое крепление 7, фронтальная опора 8, эластичными тросы 9, зацепы 10, ролик 11, упругий элемент 12, неупругий элемент 13, набедренные манжеты 14, пряжки 15, велкроткань 16, мягкие прокладки 17, ручки 18, подголовник 19, тяги 20, активный модуль 21, корпус 22, микроконтроллер 23, батарея 24, лебедка 25, трос 26, карабин 27, датчик углового перемещения 28, сенсор 29.The modular exoskeleton (Figs. 1-4) is a
Модульный экзоскелет работает следующим образом.The modular exoskeleton works as follows.
На человека через голову надевается рама 1, на которую с помощью универсальные крепления 3 предварительно закрепили: нагрудную пластину 2; спинную пластину 4 соединенную с поясом 5 со смонтированным на нем набрюшной пластиной 6 и трубчатым креплением 7; эластичные тросы 9 с зацепами 10; ролик 11 через который параллельно протянуты упругий элемент 12 и неупругий элемент 13, которые соединены с набедренными манжетами 14.A
После застегивается пояс 5 на уровне брюшного отдела и закрепляются на ноги человека набедренные манжеты 14 с помощью велкроткани 16. Далее вращая ручку 18, человек ослабляет фиксацию универсальных креплений 3 и тем самым становиться возможным регулировка высоты рамы 1 относительно спинной пластины 4. Рама 1 устанавливается на таком уровне, при котором нагрудная пластина 2 касается груди человека, после чего универсальные крепления 3 снова зажимаются и таким образом обеспечивается фиксация туловища в правильном положении (фиг. 5). Для снижения дискомфорта возникаемого при фиксации туловища человека, на нагрудной пластине 2 и спинной пластине 4 устанавливаются мягкие прокладки 17. Регулировка прогиба спинной пластины 4 под индивидуальные особенности человека, обеспечивается за счет установки мягких прокладок 17 разной толщины. Крепление мягких прокладок 17 обеспечивается за счет велкроткани 16. Чтобы не было провиса упругого элемента 12 и неупругого элемента 13, человек регулирует их длину через пряжку 15, тем самым подтягивая упругий и неупругий элементы к ближе к телу. Зацепы 10 фиксируются на ладонях человека (фиг. 6). Подголовник 19 устанавливается по ситуации в зависимости от типа выполняемой работы. После чего модульный экзоскелет готов к работе.After that, the
Модульный экзоскелет обеспечивает выполнение ряда производственных задач.The modular exoskeleton supports a variety of production tasks.
Пример 1. Наклоняясь вперед, человек ложится верхней частью груди на нагрудную пластину 2, тем самым перенося массу своего туловища на раму 1. Продолжая наклон, упругий элемент 12 растягивается, запасая энергию и при последующем возвращении туловища в вертикальное положение упругий элемент 12 высвобождает накопленную энергию снижая тем самым нагрузку на мышцы спины и мышцы ног при выпрямлении (фиг. 8,9). При этом возможность согнуть спину при наклоне неправильно у человека отсутствует из-за ограничения перемещения грудного и поясничного отдела позвоночника, которое обеспечивает рама 1, нагрудная пластина 2, спинная пластина 4 и пояс 5 с набрюшной пластиной 6 благодаря равномерному давлению в трех точках (фиг. 5). Регулировка длины упругого элемента 12 позволяет изменять силу его натяжения, что позволяет совершать экзоскелету больше полезной работы при возвращении туловища в вертикальное положение после наклона.Example 1. Leaning forward, a person lies down with the upper part of his chest on
Пример 2. При взятии груза с земли человек выпрямляет руки, тем самым растягивая эластичные тросы 9, которые запасают энергию. И захватив груз за счет зацепов 10 (фиг. 7, 10), при последующем отрыве груза от земли, эластичные тросы 9 возвращаются в исходные положения снижая тем самым нагрузку на бицепсы человека. Выпрямившись и держа груз в руках, через зацепы 10 и эластичные тросы 9 масса переносимого груза «повисает» на раме 1 и через нее она перераспределяется на пояс 5 и ложится на бедра человека, минуя тем самым позвоночник, что снижает вероятность травм позвоночника (фиг. 11).Example 2. When taking a load from the ground, a person straightens his arms, thereby stretching the
Зацеп 10 выполнен в виде перчатки надеваемой на ладонь человека и содержит тяги 20, которые соединены с эластичным тросом 9 (фиг. 6). При подъеме груза тяги 20 натягиваются и тянут проксимальные фаланги пальцев, по итогу масса груза приходится на тяги 20, что снижает нагрузку на мышцы предплечья (фиг. 7).The
Пример 3. Неупругий элемент 13 ограничивает угол наклона вперед в результате человек может повиснуть туловищем на заданном угле, при этом разгружаются мышцы спины. Таким образом обеспечивается работа в статичной позе. Это особо актуально для работников за конвейером, врачей, системных администраторов, поваров и др. чья работа заключается вынуждено находиться в положении стоя/сидя с наклоном туловища вперед. Example 3.
Пример 4. Правильным способом поднятия груза с земли является приседание на корточки с прямой спиной, взятие груза в руки и подъем за счет мышц ног. Данный экзоскелет так же обеспечивает помощь при выпрямлении, за счет крутящего момента, который возникает при приседании и растяжении упругого элемента 12 (фиг. 12).Example 4. The correct way to lift a load from the ground is squatting with a straight back, taking the load in your hands and lifting with the muscles of the legs. This exoskeleton also provides assistance in straightening, due to the torque that occurs when squatting and stretching the elastic element 12 (Fig. 12).
Применение данного модульного экзоскелета не ограничивается перечисленными примерами и спектр выполняемых задач неограничен.The use of this modular exoskeleton is not limited to the listed examples and the range of tasks performed is unlimited.
При переносе груза значительной массы дополнительно устанавливается набрюшная пластина 6, для поддержания необходимого брюшного давления, что снижает вероятность получения грыжи живота. Также, в случае необходимости устанавливается фронтальная опора 8 в трубчатое крепление 7 и универсальное крепление 3 на раме 1, тем самым придавая большую жесткость системе, что способствует более равномерному распределению массу переносимого груза по всей талии человека.When carrying a load of significant mass, an
Благодаря ролику 11, через который параллельно протянуты упругий элемент 12 и неупругий элемент 13, человек имеет возможность ходить и бегать при максимальном натяжении данных элементов, т.к при перестановке одной ноги вперед, а другой назад происходит изменение длин данных элементов. Thanks to the
Для пояснения введем параметры длин упругого и неупругого элемента 12, 13 на участках от набедренной манжеты 14 до ролика 11 (фиг. 13а, фиг. 14), где l 1 - длина упругого и неупругого элемента от набедренной манжеты до ролика для левой ноги; l 2 - длина упругого и неупругого элемента от набедренной манжеты до ролика для правой ноги. Когда человек стоит (фиг. 14) длина одинакова l 1 = l 2 и при наклоне работа упругого и неупругого элемента 12, 13 осуществляется. При начале ходьбы, человек переносит свой центр массы и переставляет одну ногу вперед, при этом другая нога остается на месте, но из-за особенностей процесса ходьбы и бега тело человека опускается (фиг. 13б) в результате чего длина l 1 изменяется и становиться меньше, в то время как длина l 2 увеличивается соответственно. Т.е. происходит перетягивание упругого и неупругого элемента через ролик, что позволяет человеку ходить без стеснения движения (фиг. 15). Так же это расширяет функциональные возможности экзоскелета, т.к. работа упругого элемента 12 и неупругого элемента 13 в такой схеме возможна из вертикального положения стоя, и для осуществления ходьбы/бега нет необходимости регулировать длину данных элементов.For clarification, we introduce the parameters of the lengths of the elastic and
В случае необходимости на экзоскелет дополнительно устанавливается активный модуль 21 (фиг. 16) который переводит пассивный экзоскелет в активный. Для этого активный модуль 21 содержит корпус 22, микроконтроллер 23, батарею 24, лебедку 25, трос 26, карабин 27, датчик углового перемещения 28, сенсор 29 (фиг. 17). Активный модуль 21 устанавливает за счет универсальных креплений 3 на раме 1, при этом с экзоскелета снимается ролик 11 с упругим элементом 12, и трос 26 соединяется с неупругим элементом 13 за счет карабина 27, при этом функции ролика 11 выполняет карабин 27. Так же на раму 1 устанавливается сенсор 29.If necessary, an active module 21 (Fig. 16) is additionally installed on the exoskeleton, which converts the passive exoskeleton into an active one. For this, the
В нейтральном положении, когда сигнал от сенсора 29 не поступает на микроконтроллер 23, трос 26 свободно перемещается, не мешая человеку при ходьбе и беге. В рабочем положение на сенсор 29 подается входной сигнала в виде физического воздействия на него подбородком человека (фиг. 18), в результате подается управляющий сигнал на микроконтроллер 23 и в зависимости от величины входного сигнала (сила нажатия) подается питание на лебедку 25, которая накручивает трос 26 и тот через карабин 27 в свою очередь тянет неупругий элемент 13, по итогу происходит выпрямление туловища. In the neutral position, when the signal from the
После воздействия на сенсор 28, установленный на валу лебедки 24 датчик углового перемещения 27 считывает количество оборотов и вносит данные в память микроконтроллера 23 до момента прекращения воздействия. Затем включается реверс с количеством оборотов равным количеству занесенных в память оборотов, для возвращения троса 25 в исходное положение.After the impact on the
Модульный экзоскелет обеспечивает снижение нагрузки на организм человека при выполнении ряда производственных задач, что приводит к снижению общей утомляемости человека и как следствие к повышению производительности труда. Так же модульный экзоскелет снижает вероятность получения травм при подъеме и переносе груза за счет фиксации туловища в правильном положении, поддержании необходимого брюшного давления и распределении массы переносимого груза на бедра минуя позвоночник, а использование рамы и универсальных креплений обеспечивает возможность расширения функциональных возможностей экзоскелета за счет установки дополнительных модулей. Так же экзоскелет учитывает анатомические особенности каждого человека за счет широкого спектра различных регулировок, что сказывается на удобстве при эксплуатации.The modular exoskeleton reduces the load on the human body when performing a number of production tasks, which leads to a decrease in overall human fatigue and, as a consequence, to an increase in labor productivity. Also, a modular exoskeleton reduces the likelihood of injury when lifting and carrying a load by fixing the body in the correct position, maintaining the necessary abdominal pressure and distributing the mass of the carried load on the hips bypassing the spine, and the use of a frame and universal mounts provides the possibility of expanding the functionality of the exoskeleton by installing additional modules. Also, the exoskeleton takes into account the anatomical features of each person due to a wide range of different adjustments, which affects the ease of use.
Предлагаемый модульный экзоскелет может найти применение в металлургии, машиностроении, строительстве, МЧС, медицине, сфере логистики и в других отраслях, где требуется работа с поднятием и переносом грузов и активными наклонами. The proposed modular exoskeleton can be used in metallurgy, mechanical engineering, construction, the Ministry of Emergencies, medicine, logistics and other industries where lifting and carrying loads and active inclinations is required.
Источники информации:Sources of information:
1. БЕЗОПАСНОСТЬ, ОХРАНА ЗДОРОВЬЯ И УСЛОВИЯ ТРУДА / Учебное пособие Шведского Объединенного Совета по охране труда в промышленности, разработанное в сотрудничестве с МОТ. Москва Пермь: МОТ, 2004. 160 с. 1. SAFETY, HEALTH AND WORKING CONDITIONS / Training Manual of the Swedish Joint Council on Occupational Safety and Health in Industry, developed in cooperation with the ILO. Moscow Perm: ILO, 2004.160 p.
2. В.В. Шимко, А.А. Сысолятин. Грыжи живота: учебное пособие Благовещенск: Амурск. гос. мед. Академия, 2010. 150 с. 2. V.V. Shimko, A.A. Sysolyatin. Abdominal hernia: a study guide Blagoveshchensk: Amursk. state honey. Academy, 2010.150 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020134226U RU202567U1 (en) | 2020-10-19 | 2020-10-19 | Modular exoskeleton |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020134226U RU202567U1 (en) | 2020-10-19 | 2020-10-19 | Modular exoskeleton |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU202567U1 true RU202567U1 (en) | 2021-02-25 |
Family
ID=74672613
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020134226U RU202567U1 (en) | 2020-10-19 | 2020-10-19 | Modular exoskeleton |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU202567U1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU211198U1 (en) * | 2021-07-26 | 2022-05-25 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭКЗОРАЙЗ" (ООО "ЭКЗОРАЙЗ") | PASSIVE EXOSKELETON |
CN115716261A (en) * | 2022-11-15 | 2023-02-28 | 东北大学 | Displacement-force feedback lower limb active exoskeleton device |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105078633A (en) * | 2014-05-14 | 2015-11-25 | 刘嘉安 | Limb load-reducing device |
WO2017040908A1 (en) * | 2015-09-04 | 2017-03-09 | The Regents Of The University Of Michigan | Load-bearing exoskeleton |
CN109394482A (en) * | 2018-11-11 | 2019-03-01 | 东莞理工学院 | A kind of disabled person assisted walk robot fixed convenient for wearing |
RU2696631C2 (en) * | 2014-06-18 | 2019-08-05 | Маваши Протектив Клоузинг Инк. | Exoskeleton and method of its use |
RU2698364C1 (en) * | 2018-03-20 | 2019-08-26 | Акционерное общество "Волжский электромеханический завод" | Exoskeleton control method |
-
2020
- 2020-10-19 RU RU2020134226U patent/RU202567U1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105078633A (en) * | 2014-05-14 | 2015-11-25 | 刘嘉安 | Limb load-reducing device |
RU2696631C2 (en) * | 2014-06-18 | 2019-08-05 | Маваши Протектив Клоузинг Инк. | Exoskeleton and method of its use |
WO2017040908A1 (en) * | 2015-09-04 | 2017-03-09 | The Regents Of The University Of Michigan | Load-bearing exoskeleton |
RU2698364C1 (en) * | 2018-03-20 | 2019-08-26 | Акционерное общество "Волжский электромеханический завод" | Exoskeleton control method |
CN109394482A (en) * | 2018-11-11 | 2019-03-01 | 东莞理工学院 | A kind of disabled person assisted walk robot fixed convenient for wearing |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU211198U1 (en) * | 2021-07-26 | 2022-05-25 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭКЗОРАЙЗ" (ООО "ЭКЗОРАЙЗ") | PASSIVE EXOSKELETON |
RU212301U1 (en) * | 2021-11-18 | 2022-07-14 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭКЗОРАЙЗ" (ООО "ЭКЗОРАЙЗ") | PASSIVE EXOSKELETON |
RU2799646C1 (en) * | 2022-01-18 | 2023-07-07 | Евгений Сергеевич Трофимов | Exoskeleton safe for workers |
CN115716261A (en) * | 2022-11-15 | 2023-02-28 | 东北大学 | Displacement-force feedback lower limb active exoskeleton device |
RU227737U1 (en) * | 2024-05-21 | 2024-07-31 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" | DEVICE FOR FACILIATION OF CARRYING LOADS |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3614989B1 (en) | Interface system in an exoskeleton | |
EP3315103B1 (en) | Garment including a t-shirt and a system to correct the posture of a user | |
KR102617942B1 (en) | Soft wearable muscle assist device | |
US11980563B2 (en) | Wearable assistance devices and methods of operation | |
US10561518B2 (en) | Wearable support structure and method of supporting a torso | |
US10857415B2 (en) | Multifunctional therapeutic workout enhancement brace | |
US20170246071A1 (en) | Apparatus and method for muscle, central nervous system and viscera stimulation for wheelchair bound persons | |
JP5797079B2 (en) | Medical conditioning wear | |
JP6527629B1 (en) | Motion assistance work clothes | |
WO1994020171A1 (en) | Isotonic cervical exercise device | |
US11826298B2 (en) | Preloaded personal augmentation suit and method for assisted human motion | |
Yao et al. | Development of a soft power suit for lower back assistance | |
US20140074003A1 (en) | Posture and Lifting Orthotic | |
US11478920B2 (en) | Exosuit systems with lumbar and core support | |
US12097139B2 (en) | Posture and lifting orthotic | |
CN115103659A (en) | Interface for an exoskeleton | |
RU202567U1 (en) | Modular exoskeleton | |
WO2015171012A1 (en) | Device for neuro-orthopedic rehabilitation | |
US20220218508A1 (en) | Wearable assistance devices and methods of operation | |
SE535580C2 (en) | Head relief device and headgear intended for this purpose | |
US20190105524A1 (en) | Rehabilitation and Mobility Improvement Apparatus and Method of Use | |
US20020116741A1 (en) | Air driven muscle toning garment | |
GB2569528A (en) | A head support | |
US20240016647A1 (en) | Wearable assistance devices and methods of operation | |
WO2024037064A1 (en) | Waist assisting exoskeleton |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC91 | Official registration of the transfer of exclusive right (utility model) |
Effective date: 20211220 |