RU190786U1

RU190786U1 - Passive Cargo Exoskeleton

Info

Publication number: RU190786U1
Application number: RU2019110529U
Authority: RU
Inventors: Сергей Федорович Яцун; Владимир Яковлевич Мищенко; Андрей Сергеевич Яцун
Priority date: 2019-04-09
Filing date: 2019-04-09
Publication date: 2019-07-12

Abstract

Полезная модель может быть использована в устройствах для удовлетворения жизненных потребностей человека а также в туризме и при проведении спасательных и армейских операцийЗадача полезной модели – повышение эффективности использования устройства.Сущность изобретения: каркас экзоскелетона, состоящий из спинной 1 и поясничной 2 частей, устанавливается на плечи и спину человека и фиксируется поясом 3 и плечевыми ремнями 4. Ранец 5 с полезной нагрузкой надевается на спинную часть 1 и фиксируется на ней с помощью лямок 6. Между собой спинная и поясничная части каркаса соединяются при помощи сферического шарнира, причем корпус 7 сферического шарнира закреплен неподвижно на спинной части 1 каркаса, а палец 8 шаровой частью установлен в корпусе 7 с возможностью поворота вокруг своей оси, а цилиндрическим концом жестко соединен с поясничной частью 2 каркаса. При выполнении технологических операций, а именно при подъеме и опускании грузов, человек совершает наклон, причем благодаря сферическому шарниру происходит поворот спинной части каркаса 1 относительно поясничной части каркаса 2, т.к. палец 8 может совершать повороты относительно оси шарнира. Кроме облегчения наклонов, использование предлагаемого устройства позволяет осуществлять повороты спинной части относительно поясничной части вокруг вертикальной оси.Положительный эффект: облегчение наклонов и поворотов спинной части экзоскелетона, что положительно влияет на работу оператора (снижает утомляемость, повышает производительность труда и т.п.). 4 ил.The utility model can be used in devices to meet vital human needs as well as in tourism and during rescue and military operations. The utility model’s task is to increase the efficiency of device use. Summary of the invention: an exoskeleton framework consisting of dorsal 1 and lumbar 2 parts is installed on shoulders and the back of a person is fixed by a belt 3 and shoulder straps 4. A satchel 5 with a payload is put on the dorsal part 1 and fixed on it with the help of straps 6. Between the dorsal and the lumbar part of the frame are connected using a spherical hinge, and the body 7 of the spherical hinge is fixedly mounted on the back part 1 of the frame, and the finger 8 is mounted with the ball part in the body 7 with the possibility of rotation around its axis, and the cylindrical end is rigidly connected to the lumbar part 2 of the frame. When performing technological operations, namely when lifting and lowering loads, the person tilts, and due to the spherical hinge, the dorsal part of the frame 1 is rotated relative to the lumbar part of the frame 2, since finger 8 can make rotations about the axis of the hinge. In addition to facilitating the tilts, the use of the proposed device allows for the rotation of the dorsal part relative to the lumbar part around the vertical axis. Positive effect: facilitating the tilting and turning of the dorsal part of the exoskeleton, which positively affects the work of the operator (reduces fatigue, increases productivity, etc.). 4 ill.

Description

Полезная модель относится к устройствам для удовлетворения жизненных потребностей человека и может быть использована в туризме, при проведении спасательных и армейских операций.The utility model relates to devices for satisfying the vital needs of a person and can be used in tourism, in rescue and military operations.

Известен пассивный грузовой экзоскелетон, коленный шарнир пассивного грузового экзоскелетона, компенсатор пассивного грузового экзоскелетона (патент РФ №2362598 С2 МПК A62 В 99/00, А61 H 3/00, 2009 г.), состоящий из каркаса с элементами крепления к туловищу, двух пар тазобедренных и голеностопных рычагов, соединенных между собой посредством коленных шарниров с элементами фиксации и шарнирно связанных свободными концами с каркасом и опорами стоп. При этом каркас выполнен в виде двухчастного корсета с укрепленными на нем продольными направляющими, переходящими с передней на заднюю часть корсета. Соединение рычагов с каркасом осуществляется посредством компенсатора, установленного с возможностью перемещения по направляющим при изменении угла между каркасом и тазобедренным рычагом. Рычаги выполнены в виде пространственных оболочек, размещаемых с возможностью фиксации на передней части бедра и голени элементами крепления. Элемент крепления к опорам стоп выполнен в виде шарнирного узла, фиксируемого на обуви с возможностью поворота стопы вокруг трех осей координат.Known passive cargo exoskeleton, knee joint of passive cargo exoskeleton, compensator of passive cargo exoskeleton (RF patent №2362598 C2 IPC A62 B 99/00, A61 H 3/00, 2009), consisting of a frame with elements of attachment to the body, two pairs hip and ankle levers, interconnected by means of knee joints with fixation elements and pivotally connected with free ends to the frame and foot supports. In this case, the frame is made in the form of a two-part corset with longitudinal guides fixed on it, which pass from the front to the back of the corset. The connection of the levers with the frame is carried out by means of a compensator, installed with the possibility of moving along the guides when the angle between the frame and the hip lever is changed. The levers are made in the form of spatial shells, placed with the possibility of fixation on the front of the thigh and lower leg fastening elements. The fastening element to the feet supports is made in the form of a hinge assembly, fixed on the shoe with the possibility of rotating the foot around three axes of coordinates.

Недостатком данного устройства является то, что для осуществления процесса ходьбы, используя экзоскелетон, человек должен прикладывать усилия для перемещения своих нижних конечностей.The disadvantage of this device is that for the implementation of the process of walking, using exoskeleton, a person must make efforts to move his lower limbs.

Известен экзоскелет нижних конечностей, состоящий из каркаса с элементами крепления к туловищу, двух пар тазобедренных и голеностопных рычагов, шарнирно соединенных между собой каркасом и опорами стоп, притом рычаги выполнены в виде пространственных оболочек, размещаемых на передних частях бедер и голеней с возможностью фиксации поддерживающими элементами, отличающийся тем, что каркас выполнен в виде цельного корсета, который фиксируется поясом на теле человека и имеет два электромеханических сервопривода, корпусы которых жестко закреплены на передней нижней части цельного корсета и обеспечивают движение каждого тазобедренного сустава во фронтальной плоскости, при этом выходные валы этих сервоприводов жестко соединены со звеньями, связанными при помощи цилиндрических шарниров с ползунами, которые могут возвратно-поступательно перемещаться вдоль пазов набедренных кронштейнов, связанных с цельным корсетом посредством цилиндрических шарниров и расположенных напротив тазобедренных суставов с внешних сторон бедер, при этом в центре каждого из двух набедренных кронштейнов жестко закреплено по одному корпусу электромеханических сервоприводов, которые обеспечивают движение тазобедренных суставов в сагиттальной плоскости, при этом выходные валы этих сервоприводов напротив тазобедренных суставов с внешних сторон бедер жестко соединены с верхними частями тазобедренных рычагов, притом тазобедренные рычаги имеют встроенные датчики импульсов мускулатуры таза и бедер, роль которых играют емкостные акселерометры, расположенные на внутренней, обращенной к нижним конечностям поверхности тазобедренных рычагов, при этом каждый тазобедренный рычаг фиксируется на бедре нижней конечности посредством поддерживающего элемента бедра, к тому же на нижней части каждого тазобедренного рычага напротив коленных суставов с внешних сторон бедер жестко закреплено по одному корпусу электромеханических сервоприводов, обеспечивающих движение коленных суставов, при этом выходные валы этих сервоприводов напротив коленных суставов с внешних сторон бедер жестко соединены с верхними частями голеностопных рычагов, при этом голеностопные рычаги имеют встроенные датчики импульсов мускулатуры голеней, роль которых играют емкостные акселерометры, расположенные на внутренней, обращенной к нижним конечностям поверхности голеностопных рычагов, вместе с тем каждый голеностопный рычаг фиксируется на голени нижней конечности посредством поддерживающего элемента голени, в дополнение к этому, нижние части тазобедренных рычагов и верхние части голеностопных рычагов соединены посредством цилиндрических шарниров напротив коленных суставов с внутренних сторон бедер, при этом нижние части голеностопных рычагов соединены при помощи цилиндрических шарниров с центральными частями вилок, в нижних частях каждой из которых напротив голеностопного сустава с внешней стороны голени жестко закреплено по одному корпусу электромеханических сервоприводов, обеспечивающих движение каждого голеностопного сустава в сагиттальной плоскости, при этом выходные валы этих сервоприводов жестко соединены напротив голеностопных суставов с внешней стороны голеней с интегрированной обувью, кроме этого, нижние части вилок напротив голеностопных суставов с внутренних сторон голеней и интегрированная обувь соединены посредством цилиндрических шарниров, ко всему прочему на цельный корсет при помощи плечевых ремней надевается ранец с полезной нагрузкой, электронным блоком управления экзоскелетом и блоком аккумуляторов, обеспечивающим электропитание всего устройства, при этом ранец с цельным корсетом электрически соединен посредством внешнего кабеля, а все остальные составные части экзоскелета связаны между собой электрически посредством кабелей, размещенных внутри них (патент на полезную модель №156507 от 10.11.2015).Known exoskeleton of the lower extremities, consisting of a frame with fastening elements to the torso, two pairs of hip and ankle arms pivotally interconnected by the skeleton and foot supports, moreover the levers are made in the form of spatial shells placed on the front parts of the thighs and legs with the possibility of fixation by supporting elements , characterized in that the frame is made in the form of a solid corset, which is fixed by a belt on the human body and has two electromechanical servo drives, whose bodies are rigidly fixed On the front lower part of the solid corset, they ensure the movement of each hip joint in the frontal plane, while the output shafts of these servos are rigidly connected to the links connected by means of cylindrical hinges with sliders, which can reciprocally move along the slots of the thigh brackets connected to the whole corset through cylindrical hinges and located opposite the hip joints on the outer sides of the thighs, while in the center of each of the two thigh The brackets are rigidly fixed in one housing of electromechanical servos, which ensure the movement of hip joints in sagittal planes, while the output shafts of these servo drives opposite hip joints on the outer sides of the thighs are rigidly connected to the upper parts of the hip levers, besides the hip levers have built-in drivers. whose role is played by capacitive accelerometers located on the inside of the hip surface facing the lower limbs levers, while each hip lever is fixed on the thigh of the lower extremity through the supporting element of the thigh, moreover, on the lower part of each hip lever opposite the knee joints on the outer sides of the thighs are rigidly fixed on one body of the knee joints, while the output the shafts of these servos opposite the knee joints on the outer sides of the thighs are rigidly connected to the upper parts of the ankle levers, while the ankle levers have t built-in pulses muscles impulses of the legs, the role of which is played by capacitive accelerometers located on the inner surface of the ankle leverage facing the lower limbs, at the same time each ankle lever is fixed on the lower leg of the lower extremity by means of the supporting element of the tibia, in addition to this, the lower parts of the hip levers and the upper parts of the ankle arms are connected by means of cylindrical hinges opposite the knee joints on the inner sides of the thighs, while the lower parts the deer leg levers are connected by cylindrical hinges with the central parts of the forks, in the lower parts of each of which opposite to the ankle joint on the outer side of the leg are rigidly fixed on one body of electromechanical servo drives, ensuring the movement of each ankle joint in the sagittal plane, while the output shafts of these servo drives are rigidly connected opposite the ankle joints on the outside of the lower legs with integrated shoes, in addition, the lower parts of the forks opposite the ankle The joints on the inner sides of the lower legs and integrated shoes are connected by means of cylindrical hinges. Moreover, the whole corset is equipped with a shoulder strap with a payload, an electronic control unit of the exoskeleton and an accumulator to provide power to the entire device, while the one-piece corset is electrically electrically connected by an external cable, and all other components of the exoskeleton are connected electrically by means of cables placed inside them (p awning for a utility model №156507 from 11.10.2015).

Недостатком данного устройства является то, что каркас, который фиксируется поясом на теле человека и на который при помощи плечевых ремней надевается ранец с полезной нагрузкой выполнен цельным и максимальный эффект при этом достигается при ходьбе. Однако, при его использовании в технологических процессах связанных с подъемом и переноской грузов, возникают неудобства в работе, т.к. в наклонных состояниях плечевые ремни врезаются в тело человека, что создает дискомфорт в работе и понижает эффективность его использования.The disadvantage of this device is that the frame, which is fixed by a belt on the body of a person and on which, with the help of shoulder straps, is put on a satchel with a payload, which is made whole and the maximum effect is achieved while walking. However, when it is used in technological processes associated with lifting and carrying goods, there are inconveniences in the work, because in inclined conditions, shoulder belts cut into the human body, which creates discomfort in the work and lowers the efficiency of its use.

Задача полезной модели – повышение эффективности использования устройства по сравнению с прототипом.The task of the utility model is to increase the efficiency of using the device compared to the prototype.

Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве, состоящем из каркаса с элементами крепления к туловищу, который фиксируется поясом на теле человека, а на каркас при помощи плечевых ремней надевается ранец с полезной нагрузкой, причем каркас состоит из спинной и поясничной частей, соединенных сферическим шарниром, причем поясничная часть каркаса закрепляется на поясе и соединена с помощью сферического шарнира со спинной частью, на которой закрепляется ранец с полезной нагрузкой, а спинная часть крепится на туловище человека, причем корпус сферического шарнира установлен неподвижно на поясничной части каркаса, а палец жестко соединен со спинной частью каркаса.The task is achieved by the fact that in the known device, consisting of a frame with elements of fastening to the body, which is fixed by a belt on the human body, and a frame with a shoulder strap is put on a backpack with a payload, and the frame consists of spinal and lumbar parts connected by a spherical the hinge, the lumbar part of the frame is fixed on the belt and connected with a spherical hinge to the dorsal part, on which the satchel with a payload is fixed, and the dorsal part is fixed to the body ESA, wherein the housing is spherical joint is fixedly mounted on the lumbar part of the frame, and a finger is fixedly connected with the dorsal part of the carcass.

Отличительные признаки в заявляемом техническом решении не выявлены при изучении данной и смежных областей техники.Distinctive features in the claimed technical solution is not identified when studying this and related areas of technology.

Совокупность заявляемых признаков обеспечивает достижение задачи полезной модели – повышение эффективности использования устройства.The combination of the claimed features ensures the achievement of the task of the utility model - improving the efficiency of use of the device.

На фиг. 1 показана общая схема экзоскелетона, на фиг. 2 – вертикальное положение экзоскелетона, на фиг. 3 – наклоненное положение экзоскелетона, на фиг. 4 – общий вид сферического шарнира. FIG. 1 shows the general scheme of the exoskeleton; FIG. 2 - the vertical position of the exoskeleton, in FIG. 3 shows the tilted position of the exoskeleton; FIG. 4 is a general view of a spherical hinge.

Каркас, состоящий из спинной 1 и поясничной 2 частей, устанавливается на плечи и спину человека и фиксируется поясом 3 и плечевыми ремнями 4. Ранец 5 с полезной нагрузкой надевается на спинную часть 1 и фиксируется на ней с помощью лямок 6. Между собой спинная и поясничная части каркаса соединяются при помощи сферического шарнира, причем корпус 7 сферического шарнира закреплен неподвижно на спинной части 1 каркаса, а палец 8 шаровой частью установлен в корпусе 7 с возможностью поворота вокруг своей оси, а цилиндрическим концом жестко соединен с поясничной частью 2 каркаса. Цилиндрический конец пальца 8 установлен внутри мембраны 9. Сферический шарнир позволяет осуществлять повороты спинной части 1 вокруг трех осей, т.е. имеет три степени свободы.The skeleton consisting of the dorsal 1 and lumbar 2 parts is mounted on the shoulders and back of a person and fixed with belt 3 and shoulder straps 4. A satchel 5 with a payload is put on the dorsal part 1 and fixed on it with straps 6. Between the dorsal and lumbar parts of the frame are connected using a spherical hinge, and the body 7 of the spherical hinge is fixed on the dorsal part 1 of the frame, and the finger 8 is mounted in the body 7 with the possibility of rotation around its axis, and the cylindrical end is rigidly connected with lumbar part 2 of the frame. The cylindrical end of the finger 8 is installed inside the membrane 9. The spherical hinge allows the rotation of the dorsal part 1 around three axes, i.e. has three degrees of freedom.

Устройство работает следующим образом. Каркас устанавливается на плечи человека и фиксируется поясом 3 и плечевыми ремнями 4, при этом руки пропускаются в боковые отверстия в спинной части 1, а голова - в его верхнее отверстие. На поясничную часть каркаса 2 надевается ранец 5 с полезной нагрузкой. При выполнении технологических операций, а именно при подъеме и опускании грузов, человек совершает наклон, причем благодаря сферическому шарниру происходит поворот спинной части каркаса 1 относительно поясничной части каркаса 2, т.к. палец 8 может совершать повороты относительно оси шарнира. Кроме облегчения наклонов, использование предлагаемого устройства позволяет осуществлять повороты спинной части относительно поясничной части вокруг вертикальной оси. The device works as follows. The frame is installed on the shoulders of a person and is fixed by the belt 3 and shoulder straps 4, while the hands are passed into the side openings in the dorsal part 1, and the head into its upper opening. On the lumbar part of the frame 2 is put on the knapsack 5 with a payload. When performing technological operations, namely when lifting and lowering loads, the person tilts, and due to the spherical hinge, the dorsal part of the frame 1 is rotated relative to the lumbar part of the frame 2, since finger 8 can make turns about the axis of the hinge. In addition to facilitating the inclinations, the use of the proposed device allows the rotation of the dorsal part relative to the lumbar part around the vertical axis.

Использование предлагаемого устройства позволит облегчить наклоны и повороты спинной части экзоскелетона, что положительно влияет на работу оператора (снижает утомляемость, повышает производительность труда и т.п.). The use of the proposed device will make it easier to tilt and turn the dorsal part of the exoskeleton, which has a positive effect on the work of the operator (reduces fatigue, increases productivity, etc.).

Claims

A passive cargo exoskeleton consisting of a frame with elements of fastening to the body, which is fixed by a belt on the human body, and a frame with a payload is put on the frame with shoulder straps, characterized in that the frame consists of dorsal and lumbar parts connected by a spherical hinge, the lumbar part of the frame is fixed on the belt and connected with a spherical hinge to the dorsal part, on which the satchel with the payload is fixed, and the dorsal part is attached to the human body, and the building a spherical joint is fixedly mounted on the lumbar part of the frame, and a finger is fixedly connected with the dorsal part of the carcass.