RU202205U1 - Exoskeleton to facilitate human movement of cargo - Google Patents

Exoskeleton to facilitate human movement of cargo Download PDF

Info

Publication number
RU202205U1
RU202205U1 RU2020128138U RU2020128138U RU202205U1 RU 202205 U1 RU202205 U1 RU 202205U1 RU 2020128138 U RU2020128138 U RU 2020128138U RU 2020128138 U RU2020128138 U RU 2020128138U RU 202205 U1 RU202205 U1 RU 202205U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
exoskeleton
load
frame
person
possibility
Prior art date
Application number
RU2020128138U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Максим Сергеевич Скоков
Иван Сергеевич Скоков
Юрий Сергеевич Потанин
Андрей Иванович Матвиенко
Антон Сергеевич Бирюков
Илья Алексеевич Утемов
Алексей Михайлович Ледюков
Original Assignee
Иван Сергеевич Скоков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Иван Сергеевич Скоков filed Critical Иван Сергеевич Скоков
Priority to RU2020128138U priority Critical patent/RU202205U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU202205U1 publication Critical patent/RU202205U1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H3/00Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about

Abstract

Полезная модель Экзоскелет для облегчения перемещения человеком груза, предназначенный для увеличения физических возможностей человека при переноске его путем перенаправления значительной части усилий от веса нагрузки через каркас и сочленения устройства на опорную поверхность, минуя опорно-двигательную систему человека. Устройство работает за счет мышечной энергии человека без использования каких-либо дополнительных источников питания и активных приводов. Заявляемая конструкция позволяет продолжительное время переносить тяжести на большие расстояния с приложением минимума усилий и без вреда для здоровья. При этом конструкция предполагает возможность установки дополнительного оборудования, такого как гидростопор, защитные щитки, механизмы полезной фронтальной нагрузки (третья рука). Предлагаемый экзоскелет может найти применение в военной деятельности, металлургии, машиностроении, строительстве, МЧС, медицине, сфере логистики и в других отраслях, где требуется работа с переносом грузов или статичная работа в положении стоя, сидя.Utility Model Exoskeleton for facilitating the movement of a person's load, designed to increase the physical capabilities of a person when carrying it by redirecting a significant part of the efforts from the weight of the load through the frame and articulations of the device to the supporting surface, bypassing the human musculoskeletal system. The device operates on the basis of human muscle energy without the use of any additional power sources and active drives. The claimed design allows for a long time to transfer weights over long distances with the application of a minimum of effort and without harm to health. At the same time, the design assumes the possibility of installing additional equipment, such as a hydrostop, protective shields, mechanisms of a payload frontal load (third arm). The proposed exoskeleton can be used in military activities, metallurgy, mechanical engineering, construction, the Ministry of Emergency Situations, medicine, logistics and other industries where work with the transfer of goods or static work in a standing position while sitting is required.

Description

Полезная модель относится к средствам передвижения и устройствам, облегчающим перемещение грузов и предназначенных для увеличения физических возможностей человека и снижения утомляемости при выполнении различных видов работ, в частности для транспортировки тяжелых грузов.The utility model relates to vehicles and devices that facilitate the movement of goods and are designed to increase the physical capabilities of a person and reduce fatigue when performing various types of work, in particular for transporting heavy loads.

Экзоскелет - техническое средство, одеваемое на человека и предназначенное для увеличения физической силы человека. В настоящее время существуют 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. Currently, there are two groups of exoskeletons: active and passive.

Активные экзоскелеты характеризуются наличием системы силовых приводов (пневмо, гидро, электроприводы), электронной системы управления, системы энергопитания. Самым главным недостатком таких экзоскелетов является сложность и дороговизна производства, а также конструктивные особенности приводов, системы энергопитания которых значительно ограничивают степени подвижности человека в таком экзоскелете.Active exoskeletons are characterized by the presence of a power drive system (pneumatic, hydro, electric drives), an electronic control system, and a power supply system. The main disadvantage of such exoskeletons is the complexity and high cost of production, as well as the design features of the drives, the power supply systems of which significantly limit the degree of human mobility in such an exoskeleton.

Пассивные экзоскелеты представлены рамными конструкциями и используют мускульную силу человека для осуществления полезной работы, равномерно распределяя нагрузку по каркасу экзоскелета и всему телу человека, снижая тем самым общую утомляемость при работе и, как следствие, повышение производительности труда. При этом они более просты и дешевы как в производстве, так и в техническом обслуживании.Passive exoskeletons are represented by frame structures and use human muscular strength to carry out useful work, evenly distributing the load along the exoskeleton frame and the entire human body, thereby reducing overall fatigue during work and, as a result, increasing labor productivity. At the same time, they are simpler and cheaper both in production and in maintenance.

Известен грузовой экзоскелет с настройкой под антропометрические параметры пользователя по патенту на изобретение РФ №2665116 (опубл. 28.08.2018 Бюл. №25), содержащий одну пару ножных опор с элементами крепления к ногам человека, одну пару опор стоп, тазовый узел со смонтированными на нем боковыми и задними тазовыми шарнирами, одну пару соединительных элементов и по одной паре бедренных и голенных звеньев.Known cargo exoskeleton with adjustment to the anthropometric parameters of the user under the patent for invention of the Russian Federation No. 2665116 (publ. 28.08.2018 bull. No. 25), containing one pair of leg supports with attachments to the human legs, one pair of feet supports, a pelvic assembly with mounted on with lateral and posterior pelvic hinges, one pair of connectors and one pair of femoral and shin links.

Недостатками данного технического решения являются:The disadvantages of this technical solution are:

- сложность конструкции с шарнирами, подшипниками, рычагами и подвижными ползунами, которые, в свою очередь, снижают надежность экзоскелета;- the complexity of the design with hinges, bearings, levers and movable sliders, which, in turn, reduce the reliability of the exoskeleton;

- конструктивное исполнение деталей, узлов и механизмов регулировки имеют значительные геометрические размеры, что влияет на общие размеры и вес всего экзоскелета;- the design of parts, assemblies and adjustment mechanisms has significant geometric dimensions, which affects the overall dimensions and weight of the entire exoskeleton;

- ступенчатая регулировка под антропометрические параметры человека;- stepwise adjustment for human anthropometric parameters;

- ограниченный функционал, т.к. экзоскелет способен осуществлять только работу в статике (в положении стоя, сидя), нет возможности установки дополнительного оборудования;- limited functionality, because the exoskeleton is capable of performing only static work (standing, sitting), there is no possibility of installing additional equipment;

- ограниченность естественных движений туловищем за счет применения массивных деталей для регулировки и закрепления на теле человека.- limited natural body movements due to the use of massive parts for adjustment and fixing on the human body.

Также известен грузовой экзоскелет по патенту на изобретение РФ №2563209 (опубл. 20.09.2015 Бюл. №26), содержащий каркас с элементами крепления к туловищу, две пары тазобедренных и голеностопных рычагов. Каркас состоит из плечевого блока в виде комбинации Х-образно соединенных пластин, Г-образно изогнутых на концах, и соединенного с ним спинным карданным узлом через две опорные площадки поясничного блока, состоящего из пояса-коромысла, изогнутого по форме поясничной области тела человека, где в верхней серединной точке коромысла крепится опорная площадка спинного кардана, а концы коромысла с элементами крепления колец карданов опущены и находятся на уровне тазобедренных суставов. Соединение пространственных оболочек тазобедренных рычагов с каркасом осуществляется посредством кольцевых карданов с двумя степенями свободы поворота тазобедренных рычагов, основания которых через угловые консоли связаны с площадками скольжения, установленными на пространственных оболочках тазобедренных рычагов, с возможностью перемещения консоли по дуговым направляющим площадок при изменении угла между каркасом и пространственными оболочками тазобедренных рычагов, при этом соединение опорных площадок с вилкой голеностопа выполнено разъемным. Недостатками данного технического решения являются:Also known is a cargo exoskeleton under the patent for invention of the Russian Federation No. 2563209 (publ. 09/20/2015 Bull. No. 26), containing a frame with attachment elements to the body, two pairs of hip and ankle levers. The frame consists of a shoulder block in the form of a combination of X-shaped connected plates, L-shaped bent at the ends, and a dorsal gimbal connected to it through two support pads of the lumbar block, consisting of a rocker belt bent in the shape of the lumbar region of the human body, where at the upper center point of the rocker arm, the support platform of the dorsal cardan is attached, and the ends of the rocker arm with the fastening elements of the cardan rings are lowered and are at the level of the hip joints. The connection of the spatial shells of the hip levers with the frame is carried out by means of circular cardan joints with two degrees of freedom of rotation of the hip levers, the bases of which are connected through the angular consoles to the sliding pads installed on the spatial shells of the hip levers, with the possibility of moving the console along the arc guides of the platforms when the angle between the frame and spatial shells of the hip levers, while the connection of the support pads with the ankle fork is detachable. The disadvantages of this technical solution are:

- малое количество степеней свободы узлов и корпуса приводит к ограниченности движений и снижению удобства и подвижности человека при эксплуатации;- a small number of degrees of freedom of units and the body leads to limited movement and a decrease in the convenience and mobility of a person during operation;

- шарнир вилки голеностопа, расположенный с фронтальной стороны голени под действием знакопеременной ударной нагрузки, которая возникает при ходьбе и беге, приведет к быстрому разрушению шарнира, после чего вся конструкция и масса переносимого груза упадет на стопу человека и нанесет тяжелые травмы, что приведет к высокому риску здоровью при эксплуатации;- the hinge of the ankle fork, located on the front side of the lower leg under the action of an alternating shock load that occurs when walking and running, will lead to rapid destruction of the hinge, after which the entire structure and weight of the carried load will fall on the person's foot and cause severe injuries, which will lead to high health risks during operation;

- нет возможности установки дополнительного оборудования;- there is no possibility of installing additional equipment;

- сложность узлов, связанная с взаимным перемещением деталей друг относительно друга, приводит к снижению надежности и повышению сложности при изготовлении.- the complexity of the assemblies associated with the mutual movement of parts relative to each other, leads to a decrease in reliability and an increase in the complexity of manufacturing.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является экзоскелет пассивный по патенту на полезную модель РФ №189468 (опубл. 23.05.2019 Бюл. №15), принимаемый за прототип. Экзоскелет пассивный состоит из: стоп, выполненных в виде стремя-подобных узлов с возможностью передачи нагрузки от груза опорной поверхности, голеней, выполненных в виде регулируемых по длине рычагов, связывающих узлы стоп и коленей, при этом колени выполнены в виде скоб с горизонтальной, поперечной осью вращения, связи узлов голеней и бедер и содержат настройку под Х-образность ног, стяжек на голенях, охватывающих голени человека, при этом бедра выполнены в виде регулируемых по длине рычагов, связывающих узлы коленей и пояса, при этом пояс выполнен в виде коромысло-образной детали, подобной тазовым костям человека, с двух сторон которой крепятся бедренные рычаги, а посередине - рессора спины в виде плоской балки прямоугольного сечения, передающей нагрузку от плеч и грузового крюка к поясу, при этом плечи выполнены в виде пространственных деталей, по форме напоминающих отложенный ворот шубы и воспринимающих нагрузку от положенного на плечи груза и передающих нагрузку на спинную рессору, при этом крюк грузовой выполнен с функцией сброса груза и возможностью крепления грузов с помощью подвеса из системы ремней и передачи нагрузки от веса груза на спинную рессору.The closest to the claimed technical solution is a passive exoskeleton under the patent for a useful model of the Russian Federation No. 189468 (publ. 23.05.2019 bull. No. 15), taken as a prototype. The passive exoskeleton consists of: feet, made in the form of stirrup-like nodes with the possibility of transferring the load from the load of the supporting surface, legs, made in the form of levers adjustable along the length, connecting the nodes of the feet and knees, while the knees are made in the form of brackets with horizontal, transverse the axis of rotation, the connection of the knots of the shins and thighs and contain adjustment for the X-shape of the legs, ties on the shins, covering the shins of a person, while the thighs are made in the form of length-adjustable levers connecting the knots of the knees and the belt, while the belt is made in the form of a rocker - a shaped part, similar to the human pelvic bones, on both sides of which the femoral levers are attached, and in the middle there is a back spring in the form of a flat rectangular beam that transfers the load from the shoulders and load hook to the belt, while the shoulders are made in the form of spatial parts resembling deferred fur coat collar and taking the load from the load placed on the shoulders and transmitting the load to the back spring y, while the cargo hook is made with the function of dumping the load and the possibility of securing loads using a suspension from the belt system and transferring the load from the weight of the load to the back spring.

Недостатками данного технического решения являются:The disadvantages of this technical solution are:

- стопа со стремя-подобным узлом, расположенная с фронтальной стороны голени, имеет опасное для здоровья человека расположение. Так, при ударной знакопеременной нагрузке, возникающей при ходьбе, беге, шарнир данного узла может быть разрушен и весь каркас экзоскелета с переносимой массой устремится вниз и нанесет тяжелые повреждения стопе человека;- a foot with a stirrup-like knot, located on the front side of the lower leg, has a location that is dangerous to human health. So, with an alternating shock load that occurs when walking, running, the hinge of this node can be destroyed and the entire frame of the exoskeleton with the transferred mass will rush down and cause severe damage to the human foot;

- фронтальное расположение стопы со стремя-подобным узлом ограничивает естественные движения перемещения голени относительно стопы, для этого стремя-подобный узел выносят ближе к коленному суставу, из-за чего смещаются оси вращения узла экзоскелета относительно естественных осей вращения человека, что, в свою очередь, снижает удобство при эксплуатации;- the frontal arrangement of the foot with a stirrup-like knot limits the natural movement of the lower leg relative to the foot, for this, the stirrup-like knot is brought out closer to the knee joint, due to which the axes of rotation of the exoskeleton unit relative to the natural axes of rotation of a person are displaced, which, in turn, reduces ease of use;

- крепление стопы к обуви осуществляется за счет ремней, что не дает возможности жесткого сопряжения экзоскелета и ботинка, из-за чего при ходьбе и беге ботинок перемещается вдоль стопы экзоскелета и тем самым снижается удобство при эксплуатации;- the attachment of the foot to the shoe is carried out by means of belts, which does not make it possible to rigidly pair the exoskeleton and the boot, which is why, when walking and running, the boots move along the foot of the exoskeleton and thereby reduce the ease of use;

- отсутствие возможности разведения и сведения стоп ног, снижающее удобство при эксплуатации;- the lack of the possibility of breeding and convergence of the feet, which reduces the convenience during operation;

- спина выполнена в виде жесткой прямоугольной балки, ограничивающей естественные движения человека при наклонах и скручиваниях торса, что снижает удобство при эксплуатации;- the back is made in the form of a rigid rectangular beam, limiting the natural movements of a person when bending and twisting the torso, which reduces convenience during operation;

- регулировка спины, бедер и голени, выполненная в виде ряда отверстий, ограничивает точность регулировки и настройки экзоскелета под антропометрические параметры пользователя;- adjustment of the back, hips and lower leg, made in the form of a series of holes, limits the accuracy of adjustment and adjustment of the exoskeleton to the user's anthropometric parameters;

- нет возможности для установки дополнительного оборудования.- there is no possibility to install additional equipment.

Техническими результатами, на достижение которых направлено заявленное решение, являются:The technical results to be achieved by the stated solution are:

- улучшение эргономических характеристик;- improvement of ergonomic characteristics;

- расширение функциональных возможностей;- expansion of functionality;

- повышение эксплуатационной надежности экзоскелета;- increasing the operational reliability of the exoskeleton;

- повышение безопасности пользователя.- increased user safety.

Технические результаты достигаются тем, что экзоскелет для облегчения перемещения человеком груза, состоящий из стоп с возможностью передачи нагрузки от груза опорной поверхности, голеней, связывающих узлы стоп и коленей, бедер, при этом связи узлов голеней и бедер содержат настройку под Х-образность ног, пояса, пластины поясничного узла, плеч. При этом стопы выполнены в виде «U» образной формы с горизонтальной поперечной осью вращения, с возможностью жесткого закрепления на обуви и имеют скругленные носки с упругими элементами, соединенными с голеностопными узлами, расположенными с тыльной стороны ног. Голеностопные узлы выполнены в виде пары «винт-гайка» и регулируют высоту каркаса голени, обеспечивая при этом сведение и разведение стопы. Каркасы голеней и бедер выполнены в виде спиралей, обтекающих ноги человека, при этом на каждой паре каркасов бедро-голень предусмотрены по два крепежных щитка, один из которых через шаровую опору соединен с каркасом экзоскелета с возможностью вращения. При этом щитки выполнены в виде пространственных оболочек прямоугольной формы с закругленными, облегающими ногу краями и имеют прорези для протягивания ремней, выполненных из неэластичного материала в форме «гармошки» с возможностью линейного удлинения и имеющих амортизирующие прокладки. Коленные суставы состоят из пружин, коленных ограничителей и защитных полусфер, являющихся неотъемлемой частью каркаса бедер. Тазовые узлы выполнены с возможностью регулировки высоты каркаса бедер и выполнены в виде пар «винт-гайка». Пояс состоит из двух дуг и копчика посередине и выполнен в виде буквы «С», по контуру которого с внутренней стороны пропущен ремень для закрепления его на теле человека, при этом на дугах пояса имеются фланцы для установки дополнительного оборудования. На копчике установлен поясничный узел, имеющий шарнир, обеспечивающий наклоны туловища «влево-вправо» и вращение вдоль оси позвоночника, а также пластину поясничного узла с закрепленной на ней велкротканью для присоединения и регулировки каркаса спины, который выполнен в виде «Т» образной рамы, на концах которой закреплены плечевые дуги, имеющие возможность вращения, и ограничители плечевых дуг для предотвращения складывания их под действием внешней нагрузки, а так же лямки для крепления на плечи человека.The technical results are achieved by the fact that the exoskeleton to facilitate the movement of a person's load, consisting of feet with the ability to transfer the load from the load of the supporting surface, shins connecting the nodes of the feet and knees, thighs, while the connections of the nodes of the shins and thighs contain an adjustment for the X-shape of the legs, belts, lumbar knot plates, shoulders. In this case, the feet are made in the form of a "U" -shaped with a horizontal transverse axis of rotation, with the possibility of rigid attachment to the shoes and have rounded toes with elastic elements connected to the ankle nodes located on the back of the legs. The ankle assemblies are made in the form of a “screw-nut” pair and adjust the height of the lower leg frame, while ensuring the flattening and expansion of the foot. The shin and thigh frameworks are made in the form of spirals flowing around the human legs, while on each pair of thigh-shin frameworks there are two fastening plates, one of which is rotatably connected to the exoskeleton framework through a ball support. In this case, the flaps are made in the form of spatial rectangular shells with rounded edges that fit the leg and have slots for pulling belts made of inelastic material in the form of an "accordion" with the possibility of linear lengthening and having shock-absorbing pads. The knee joints are made up of springs, knee restraints and protective hemispheres, which are an integral part of the hip frame. The pelvic nodes are made with the possibility of adjusting the height of the thigh frame and are made in the form of screw-nut pairs. The belt consists of two arches and a tailbone in the middle and is made in the form of the letter "C", along the contour of which a belt is passed from the inside to fix it on the human body, while the arcs of the belt have flanges for installing additional equipment. A lumbar node is installed on the tailbone, which has a hinge that provides tilts of the body "left-right" and rotation along the axis of the spine, as well as a plate of the lumbar assembly with a Velcro cloth attached to it for attaching and adjusting the back frame, which is made in the form of a "T" shaped frame, at the ends of which shoulder arches are fixed, which can be rotated, and shoulder arches limiters to prevent them from folding under the influence of an external load, as well as straps for attaching to a person's shoulders.

При этом дополнительное оборудование выполнено в виде гидравлического стопора, состоящего из гидроцилиндра с краном и расширительным бачком, заполненным гидрожидкостью, функция которого заключается в блокировке перемещения бедра и голени.In this case, the additional equipment is made in the form of a hydraulic stopper consisting of a hydraulic cylinder with a tap and an expansion tank filled with hydraulic fluid, the function of which is to block the movement of the thigh and lower leg.

Признаки и сущность заявленной полезной модели поясняются чертежами, где на фиг. 1 - общий вид экзоскелета для перемещения человеком груза, на фиг. 2 - общий вид стопы, на фиг. 3 - общий вид голени, на фиг. 4 - общий вид бедра, на фиг. 5 - общий вид пояса, на фиг. 6 - общий вид спины, на фиг. 7 - общий вид экзоскелета с установленным дополнительным оборудованием, на фиг. 8 - вид экзоскелета спереди и сбоку, на фиг. 9 - представлены варианты соединения крепежных щитков между собой, на фиг. 10 - представлена конструкция гидростопора.The features and essence of the claimed utility model are illustrated by drawings, where Fig. 1 is a general view of an exoskeleton for human movement of a load; FIG. 2 is a general view of the foot, FIG. 3 - General view of the lower leg, Fig. 4 is a general view of the thigh, FIG. 5 - General view of the belt, Fig. 6 is a general view of the back, FIG. 7 is a general view of an exoskeleton with additional equipment installed; FIG. 8 is a front and side view of the exoskeleton; FIG. 9 shows options for connecting the mounting plates to each other, FIG. 10 - shows the structure of the hydraulic support.

Экзоскелет для облегчения перемещения человеком груза содержит стопу со скругленным носком 1, соединенную с голеностопным узлом 2 и упругим элементом 3. Голеностопный узел 2 соединен с каркасом голени 4, а тот, в свою очередь, соединен с каркасом бедра 5 через шарнир коленного сустава 6, на котором размещен коленный ограничитель 7, пружина 8 и защитная полусфера 9. На каркасе бедра и каркасе голени предусмотрены крепления, выполненные в виде шаровой опоры 10 для закрепления крепежных щитков 11, которые соединены между собой ремнем 12. На каркасе бедра и голени имеются крепления 13 для установки гидростопора. Закрепление каркаса бедра 5 к поясу 14 осуществляется через тазовый узел 15. Пояс, состоящий из трех частей (две дуги пояса 16 и копчик 17), содержит фланцы 18 для установки дополнительного оборудования. На копчик 17 через фланец 19 устанавливается поясничный узел, содержащий шарнир 20 и пластину поясничного узла с велкротканью21, к которой пристегивается каркас спины 22, содержащий плечевые дуги 23, движение которых ограничивается ограничителем плечевых дуг 24, при этом на плечевых дугах размещены лямки 25 для крепления на плечи человека.The exoskeleton to facilitate the movement of a person's load contains a foot with a rounded toe 1, connected to the ankle unit 2 and an elastic element 3. The ankle unit 2 is connected to the lower leg frame 4, which, in turn, is connected to the thigh frame 5 through the knee joint 6, on which there is a knee stop 7, a spring 8 and a protective hemisphere 9. On the thigh frame and the lower leg frame there are fasteners made in the form of a ball joint 10 for fixing the fastening shields 11, which are connected to each other by a belt 12. There are fastenings 13 on the thigh and lower leg frame. for installing a hydraulic stop. The fastening of the thigh frame 5 to the belt 14 is carried out through the pelvic assembly 15. The belt, consisting of three parts (two arches of the belt 16 and the tailbone 17), contains flanges 18 for installing additional equipment. A lumbar assembly is installed on the tailbone 17 through a flange 19, containing a hinge 20 and a plate of a lumbar assembly with a velcro fabric 21, to which a back frame 22 is attached, containing shoulder arches 23, the movement of which is limited by a limiter of shoulder arches 24, while straps 25 are placed on the shoulder arches for fastening on the shoulders of a person.

Экзоскелет для облегчения перемещения человеком груза работает следующим образом. Сначала человек надевает на себя пояс 14 с закрепленным поясничным узлом и каркасом спины 22 с затяжкой лямок 25, затем надеваются ботинки, жестко скрепленные со стопой 1, каркасом голени 4 и каркасом бедра 5. Далее закрепление к телу осуществляется посредством размещения на теле крепежных щитков 11 и их затяжки ремнем 12 с последующей фиксацией каркаса бедер 5 с поясом 14.The exoskeleton to facilitate the movement of a person's load works as follows. First, a person puts on a belt 14 with a fixed lumbar knot and a back frame 22 with tightening of the straps 25, then boots are put on, rigidly fastened to the foot 1, the lower leg frame 4 and the thigh frame 5. Further, fastening to the body is carried out by placing the fastening shields 11 on the body and tightening them with a belt 12, followed by fixing the frame of the thighs 5 with a belt 14.

Вес переносимого груза возлагается на плечевые дуги 23 и перераспределяется по всей конструкции экзоскелета, минуя опорно-двигательную систему человека. Наличие скругленного носка на стопе 1 и упругого элемента 3 обеспечивает накопление потенциальной энергии при переносе центра массы тела, и при последующем отрыве пятки стопы от земли, который осуществляется за счет переката стопы посредством скругленного носка, высвобождает накопленную энергию в виде импульса в пятку стопы, тем самым снижая нагрузку на икроножные мышцы при ходьбе и беге.The weight of the carried load is placed on the shoulder arches 23 and is redistributed throughout the entire structure of the exoskeleton, bypassing the human musculoskeletal system. The presence of a rounded toe on the foot 1 and an elastic element 3 ensures the accumulation of potential energy during the transfer of the center of body mass, and with the subsequent separation of the heel of the foot from the ground, which is carried out by rolling the foot through the rounded toe, releases the accumulated energy in the form of an impulse into the heel of the foot, thus the most reducing the load on the calf muscles when walking and running.

Конструкция сочленений и узлов обеспечивает максимальную подвижность и возможность тонкой регулировки под антропометрические параметры каждого человека. Сочленения и узлы выполнены таким образом, что их оси вращения совпадают с естественными осями вращения суставов человека, что, в свою очередь, значительно повышает удобство при эксплуатации.The design of joints and assemblies provides maximum mobility and the possibility of fine adjustment to the anthropometric parameters of each person. The joints and assemblies are made in such a way that their axes of rotation coincide with the natural axes of rotation of the human joints, which, in turn, significantly increases the ease of use.

Пружина 8 осуществляет полезную работу при сгибе голени относительно бедра, производит доводку каркаса бедра 5 и голени 4 и смыкает их в вертикальном положении, дальнейшее перемещение ограничивается коленным ограничителем 7, при этом вес переносимого груза полностью распределяется по каркасу экзоскелета и не влияет на человека.The spring 8 performs useful work when bending the lower leg relative to the thigh, refines the frame of the thigh 5 and lower leg 4 and closes them in a vertical position, further movement is limited by the knee restraint 7, while the weight of the carried load is completely distributed over the frame of the exoskeleton and does not affect the person.

Плечевые дуги 23 имеют возможность вращения для повышения удобства при эксплуатации, чтобы при подъеме рук вверх конструкция не препятствовала естественному движению плеч человека. Для предотвращения складывания механизма под действием внешней нагрузки, движение дуг ограничивается ограничителем плечевых дуг 24.The shoulder arches 23 are rotatable to improve ease of use, so that when raising the arms up, the structure does not interfere with the natural movement of the human shoulders. To prevent the mechanism from folding under the action of an external load, the movement of the arches is limited by the limiter of the shoulder arches 24.

Ремень 12, выполненный из неэластичного материала в форме «гармошки», необходим для компенсации изменения мышечного объема, возникаемого при ходьбе, беге, а также для компенсации смещения каркаса экзоскелета относительно тела человека. Варианты протяжки ремня 12 через крепежные щитки 11 представлены на фиг.9: А - «параллельная» протяжка, Б - протяжка «крест-накрест».The belt 12, made of an inelastic material in the form of an "accordion", is necessary to compensate for the change in muscle volume arising from walking, running, and also to compensate for the displacement of the exoskeleton frame relative to the human body. Variants of pulling the belt 12 through the fastening flaps 11 are shown in Fig. 9: A - "parallel" broach, B - "criss-cross" broach.

Настройка под Х-образность ног обеспечивается вращением крепежных щитков относительно конструкции экзоскелета, через шаровые опоры.Adjustment for the X-shape of the legs is provided by rotating the mounting plates relative to the exoskeleton structure, through ball bearings.

При необходимости на экзоскелет может быть установлено дополнительное оборудование, например: гидростопор 26 для снижения нагрузки на ноги человека в статичном положении, третья рука для переноса полезной фронтальной нагрузки или защитные щитки для повышения защищенности человека от механических повреждений.If necessary, additional equipment can be installed on the exoskeleton, for example: a hydrostop 26 to reduce the load on a person's legs in a static position, a third arm to transfer the frontal payload, or protective shields to increase the protection of a person from mechanical damage.

Гидростопор 26 (фиг. 10) состоит из гидроцилиндра 27 с краном 28 и расширительным бачком 29, заполненным гидрожидкостью, и работает следующим образом. Человек открывает кран и после перетекания гидравлической жидкости из расширительного бачка в поршневую полость гидроцилиндра, закрывает кран, осуществляя, таким образом, блокировку перемещения бедра и голени. В это же время вес человека воспринимают крепежные щитки 11, таким образом, человек «садится» на крепежные щитки, уменьшая нагрузку на мышцы ног. Это необходимо для выполнения таких работ, где человек долгое время вынужденно находится в положении стоя, сидя. Например: работа за станком. Для закрепления гидростопора на экзоскелет используются крепежные кольца 30.Hydrostop 26 (Fig. 10) consists of a hydraulic cylinder 27 with a valve 28 and an expansion tank 29 filled with hydraulic fluid, and operates as follows. The person opens the tap and, after the hydraulic fluid flows from the expansion tank into the piston cavity of the hydraulic cylinder, closes the tap, thus blocking the movement of the thigh and lower leg. At the same time, the weight of the person is perceived by the mounting plates 11, thus, the person "sits" on the mounting plates, reducing the load on the leg muscles. This is necessary to perform such work, where a person is forced to stand for a long time, sitting. For example: working at the machine. To secure the hydrostatic support to the exoskeleton, 30 fastening rings are used.

Предлагаемый экзоскелет может найти применение в военной деятельности, металлургии, машиностроении, строительстве, МЧС, медицине, сфере логистики и в других отраслях, где требуется работа с переносом грузов или статичная работа в положении стоя, сидя.The proposed exoskeleton can be used in military activities, metallurgy, mechanical engineering, construction, the Ministry of Emergency Situations, medicine, logistics and other industries where work with the transfer of goods or static work in a standing and sitting position is required.

Claims (2)

1. Экзоскелет для облегчения перемещения человеком груза, состоящий из стоп с возможностью передачи нагрузки от груза опорной поверхности, голеней, связывающих узлы стоп и коленей, бедер, при этом связи узлов голеней и бедер содержат настройку под Х-образность ног, пояса, пластины поясничного узла, плеч, отличающийся тем, что стопы выполнены в виде U-образной формы с горизонтальной поперечной осью вращения, выполнены с возможностью жесткого закрепления на обуви и имеют скругленные носки с упругими элементами, соединенными с голеностопными узлами, расположенными с тыльной стороны ног, выполненными в виде пары «винт-гайка» и регулирующими высоту каркаса голени, обеспечивая при этом сведение и разведение стопы; каркасы голеней и бедер выполнены в виде спиралей, обтекающих ноги человека, при этом на каждой паре каркасов бедро-голень предусмотрены по два крепежных щитка, один из которых через шаровую опору соединен с каркасом экзоскелета с возможностью вращения; при этом щитки выполнены в виде пространственных оболочек прямоугольной формы с закругленными, облегающими ногу краями и имеют прорези для протягивания ремней, выполненных из неэластичного материала в форме «гармошки» с возможностью линейного удлинения и имеющих амортизирующие прокладки; коленные суставы состоят из пружин, коленных ограничителей и защитных полусфер, являющихся неотъемлемой частью каркаса бедер; тазовые узлы выполнены с возможностью регулировки высоты каркаса бедер и выполнены в виде пар «винт-гайка»; пояс состоит из двух дуг и копчика посередине и выполнен в виде буквы «С», по контуру которого с внутренней стороны пропущен ремень для закрепления его на теле человека, при этом на дугах пояса имеются фланцы для установки дополнительного оборудования, а на копчике установлен поясничный узел, имеющий шарнир, обеспечивающий наклоны туловища «влево-вправо» и вращение вдоль оси позвоночника, а также пластину поясничного узла с закрепленной на ней велкротканью для присоединения и регулировки каркаса спины, который выполнен в виде Т-образной рамы, на концах которой закреплены плечевые дуги, имеющие возможность вращения, и ограничители плечевых дуг для предотвращения складывания их под действием внешней нагрузки, а также лямки для крепления на плечи человека.1. An exoskeleton to facilitate the movement of a person's load, consisting of feet with the ability to transfer the load from the load to the supporting surface, shins connecting the nodes of the feet and knees, thighs, while the connections of the nodes of the shins and thighs contain a setting for the X-shape of the legs, belt, lumbar plate node, shoulders, characterized in that the feet are made in the form of a U-shape with a horizontal transverse axis of rotation, are made with the possibility of rigid attachment to shoes and have rounded toes with elastic elements connected to the ankle nodes located on the back of the legs, made in in the form of a pair of "screw-nut" and adjusting the height of the lower leg frame, while ensuring the flattening and spreading of the foot; the frames of the legs and thighs are made in the form of spirals flowing around the legs of a person, while on each pair of frames of the thigh-lower leg there are two fastening plates, one of which is connected to the frame of the exoskeleton with the possibility of rotation through a ball support; the flaps are made in the form of spatial shells of rectangular shape with rounded, leg-fitting edges and have slots for pulling belts made of inelastic material in the form of an "accordion" with the possibility of linear lengthening and having shock-absorbing pads; knee joints consist of springs, knee restraints and protective hemispheres, which are an integral part of the hip frame; the pelvic nodes are made with the possibility of adjusting the height of the thigh frame and are made in the form of pairs "screw-nut"; the belt consists of two arcs and a tailbone in the middle and is made in the form of the letter "C", along the contour of which a belt is passed from the inside to fix it on the human body, while the arcs of the belt have flanges for installing additional equipment, and a lumbar node is installed on the tailbone having a hinge that provides tilts of the body "left-to-right" and rotation along the axis of the spine, as well as a plate of the lumbar assembly with Velcro fastened to it for attaching and adjusting the back frame, which is made in the form of a T-shaped frame, at the ends of which shoulder arches are fixed , having the ability to rotate, and limiters of the shoulder arches to prevent them from folding under the action of an external load, as well as straps for attaching to the shoulders of a person. 2. Экзоскелет по п. 1, отличающийся тем, что дополнительное оборудование выполнено в виде гидравлического стопора, состоящего из гидроцилиндра с краном и расширительным бачком, заполненным гидрожидкостью, функция которого заключается в блокировке перемещения бедра и голени.2. The exoskeleton according to claim 1, characterized in that the additional equipment is made in the form of a hydraulic stopper, consisting of a hydraulic cylinder with a tap and an expansion tank filled with hydraulic fluid, the function of which is to block the movement of the thigh and lower leg.
RU2020128138U 2020-08-24 2020-08-24 Exoskeleton to facilitate human movement of cargo RU202205U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020128138U RU202205U1 (en) 2020-08-24 2020-08-24 Exoskeleton to facilitate human movement of cargo

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020128138U RU202205U1 (en) 2020-08-24 2020-08-24 Exoskeleton to facilitate human movement of cargo

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU202205U1 true RU202205U1 (en) 2021-02-05

Family

ID=74551088

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020128138U RU202205U1 (en) 2020-08-24 2020-08-24 Exoskeleton to facilitate human movement of cargo

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU202205U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU210222U1 (en) * 2021-12-27 2022-04-01 Общество с ограниченной ответственностью "ЭКЗОРАЙЗ" (ООО "ЭКЗОРАЙЗ") EXOSKELETON OF THE LOWER LIMB
RU2799646C1 (en) * 2022-01-18 2023-07-07 Евгений Сергеевич Трофимов Exoskeleton safe for workers

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA018702B1 (en) * 2009-12-15 2013-10-30 Закрытое Акционерное Общество Научно-Производственный Центр "Огонек" Biomechanical rotationally-correcting apparatus for lower extremity
US8968222B2 (en) * 2008-12-18 2015-03-03 Ekso Bionics, Inc. Wearable material handling system
EA031367B1 (en) * 2016-12-05 2018-12-28 Закрытое Акционерное Общество Научно-Производственный Центр "Огонек" Rotation and correction apparatus for lower extremities
RU189468U1 (en) * 2018-03-13 2019-05-23 Акционерное общество "Глобальная Безопасность" EXOSKELET PASSIVE
RU2725288C2 (en) * 2018-12-26 2020-06-30 Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное государственное казенное учреждение "Войсковая часть 68240" Cargo passive exoskeleton with adjustment for anthropometric parameters of user

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8968222B2 (en) * 2008-12-18 2015-03-03 Ekso Bionics, Inc. Wearable material handling system
EA018702B1 (en) * 2009-12-15 2013-10-30 Закрытое Акционерное Общество Научно-Производственный Центр "Огонек" Biomechanical rotationally-correcting apparatus for lower extremity
EA031367B1 (en) * 2016-12-05 2018-12-28 Закрытое Акционерное Общество Научно-Производственный Центр "Огонек" Rotation and correction apparatus for lower extremities
RU189468U1 (en) * 2018-03-13 2019-05-23 Акционерное общество "Глобальная Безопасность" EXOSKELET PASSIVE
RU2725288C2 (en) * 2018-12-26 2020-06-30 Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное государственное казенное учреждение "Войсковая часть 68240" Cargo passive exoskeleton with adjustment for anthropometric parameters of user

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU210222U1 (en) * 2021-12-27 2022-04-01 Общество с ограниченной ответственностью "ЭКЗОРАЙЗ" (ООО "ЭКЗОРАЙЗ") EXOSKELETON OF THE LOWER LIMB
RU2799646C1 (en) * 2022-01-18 2023-07-07 Евгений Сергеевич Трофимов Exoskeleton safe for workers

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107041123B (en) Ectoskeleton and its application method
US10232209B2 (en) Postural dynamics exercise system
RU2665116C1 (en) Cargo exoskeleton with adjustment for anthropometric parameters of the user
US20180257217A1 (en) Load-bearing exoskeleton
PL171388B1 (en) Apparatus for treating patients with improper posture and motorial activity disturbances
US10039684B2 (en) Rehabilitation apparatus
US11826298B2 (en) Preloaded personal augmentation suit and method for assisted human motion
EP3880132A2 (en) Weight distribution exoskeleton
US20210401610A1 (en) Lumbar protection exomuscle
RU202205U1 (en) Exoskeleton to facilitate human movement of cargo
RU189468U1 (en) EXOSKELET PASSIVE
RU194544U1 (en) PASSIVE EXOSCELETON
RU2725288C2 (en) Cargo passive exoskeleton with adjustment for anthropometric parameters of user
KR101525225B1 (en) Sporting equipment for lower part and trunk of the body
US11200993B2 (en) Radiation protection clothing arrangement and method of wearing same
RU202527U1 (en) Exoskeleton for unloading the lower limbs
RU198841U1 (en) PASSIVE EXOSKELETON
RU2747593C1 (en) Pneumatic exoskeleton
RU2793174C1 (en) Industrial exoskeleton for upper and lower limbs
RU210222U1 (en) EXOSKELETON OF THE LOWER LIMB
EP3962421A1 (en) Body weight support system for exoskeletons and method of using the same
RU212301U1 (en) PASSIVE EXOSKELETON
US20220331947A1 (en) Wearable exoskeleton with auxiliary back frame support
RU211198U1 (en) PASSIVE EXOSKELETON
WO2023038551A1 (en) Wearable mechanism for supporting a user's body

Legal Events

Date Code Title Description
PC91 Official registration of the transfer of exclusive right (utility model)

Effective date: 20211123