RU2808690C1 - Wearable device to support user's hands - Google Patents
Wearable device to support user's hands Download PDFInfo
- Publication number
- RU2808690C1 RU2808690C1 RU2021126906A RU2021126906A RU2808690C1 RU 2808690 C1 RU2808690 C1 RU 2808690C1 RU 2021126906 A RU2021126906 A RU 2021126906A RU 2021126906 A RU2021126906 A RU 2021126906A RU 2808690 C1 RU2808690 C1 RU 2808690C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- support
- fastening
- bar
- fastener
- operator
- Prior art date
Links
- 210000002346 musculoskeletal system Anatomy 0.000 claims abstract description 11
- 208000028571 Occupational disease Diseases 0.000 claims abstract description 5
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims abstract description 4
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 claims abstract description 3
- 208000014674 injury Diseases 0.000 claims abstract description 3
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000001447 compensatory effect Effects 0.000 claims description 7
- 210000001364 upper extremity Anatomy 0.000 claims description 6
- 210000000323 shoulder joint Anatomy 0.000 claims description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 238000009941 weaving Methods 0.000 claims description 3
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 claims description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 2
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 claims description 2
- 210000002310 elbow joint Anatomy 0.000 claims description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 claims description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 2
- 210000000245 forearm Anatomy 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 244000124209 Crocus sativus Species 0.000 description 1
- 208000019462 Occupational injury Diseases 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 210000004394 hip joint Anatomy 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИTECHNICAL FIELD
Изобретение относится к носимым системам для поддержания рук пользователя, используемым в промышленности, в частности в добывающей отрасли, на сборочных, сортировочных и иных производствах, где распространено наличие профессиональных заболеваний опорно-двигательного аппарата сотрудников.The invention relates to wearable systems for supporting the user’s hands, used in industry, in particular in the mining industry, in assembly, sorting and other industries where the presence of occupational diseases of the musculoskeletal system of employees is common.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART
В уровне техники широко описаны носимые системы и экзоскелеты для поддержания рук человека во время выполнения каких-либо работ, требующих длительного напряжения [1]-[4].The state of the art widely describes wearable systems and exoskeletons for supporting human hands while performing any work that requires prolonged stress [1]-[4].
Ближайшим аналогом заявленного изобретения является устройство для удержания грузов верхними конечностями при выполнении работ на потолке и других отрицательных поверхностях [5], характеризующееся тем, что оно состоит из функционально соединенных между собой модуля крепления и модуля подъема груза, причем модуль крепления включает в себя каркас, присоединяемый с помощью поясного фиксатора к корпусу оператора, при этом модуль подъема груза включает в себя накопитель упругой энергии, содержащий корпус с упругим элементом и подвижный шток, причем нижний конец корпуса накопителя соединен шарнирно сферическим шарниром с каркасом, а верхний конец подвижного штока шарнирно соединен с ложементом для поддержки оператора, при этом корпус накопителя соединен шарнирно с приводом, кинематически связанным с нижним концом троса, а верхний конец троса шарнирно соединен с ложементом для поддержки руки оператора.The closest analogue of the claimed invention is a device for holding loads with the upper limbs when performing work on the ceiling and other negative surfaces [5], characterized by the fact that it consists of a functionally interconnected fastening module and a load lifting module, and the fastening module includes a frame, connected to the operator's body using a belt fastener, wherein the load lifting module includes an elastic energy accumulator containing a body with an elastic element and a movable rod, wherein the lower end of the accumulator body is pivotally connected by a spherical hinge to the frame, and the upper end of the movable rod is pivotally connected to a cradle to support the operator, wherein the drive body is pivotally connected to a drive kinematically connected to the lower end of the cable, and the upper end of the cable is pivotally connected to the cradle to support the operator's hand.
Описанное устройство обладает рядом серьезных недостатков, таких как отсутствие компенсации изгибающей нагрузки на модуль подъема груза и постоянные, заложенные в самой конструкции несоосные (консольные) нагрузки на накопитель упругой энергии, действующие в двух плоскостях: за счет крепления троса на пружине - в плоскости, ортогональной основной оси шарнира в креплении между ложементом (планкой) и силовым элементом; за счет момента сил взаимодействия руки и ложемента (планки) - в плоскости, содержащей ось шарнира в креплении между ложементом (планкой) и силовым элементом и сферический шарнир крепления опоры к поясу.The described device has a number of serious disadvantages, such as the lack of compensation for the bending load on the load lifting module and constant, inherent in the design itself, non-coaxial (cantilever) loads on the elastic energy storage device, acting in two planes: due to the fastening of the cable on the spring - in a plane orthogonal to the main axis of the hinge in the fastening between the support (bar) and the load-bearing element; due to the moment of forces of interaction between the hand and the support (bar) - in the plane containing the hinge axis in the fastening between the support (bar) and the power element and the spherical hinge for attaching the support to the belt.
Данные недостатки приводят к сильному уменьшению срока службы, вплоть до нескольких недель или даже дней, повышению уровня шума из-за скрипа устройства, снижению коэффициента полезного действия. Они негативно влияют на динамические характеристики аппарата, в том числе ограничение на скорость подъема руки, сопротивление свободному движению и перемещению вдоль корпуса оператора. При использовании газовых пружин в данной схеме закрепления, также не работает предохранительный механизм, заложенный в конструкции таких пружин многими производителями.These shortcomings lead to a significant reduction in service life, up to several weeks or even days, an increase in the noise level due to the creaking of the device, and a decrease in efficiency. They negatively affect the dynamic characteristics of the device, including restrictions on the speed of arm lifting, resistance to free movement and movement along the operator’s body. When using gas springs in this fastening scheme, the safety mechanism incorporated into the design of such springs by many manufacturers also does not work.
Таким образом, задачей настоящего изобретения было создание аналогичного устройства, лишенного указанных недостатков, обладающего высокой эксплуатационной надежностью в течение длительного срока службы, высоким коэффициентом полезного действия, работающего эффективно и бесшумно, сохраняющего комфортное (свободное) движение оператора, а значит и экономически целесообразного для приобретения промышленными компаниями, нуждающимися в подобных устройствах для своих сотрудников.Thus, the objective of the present invention was to create a similar device that is devoid of these disadvantages, has high operational reliability over a long service life, high efficiency, operates efficiently and silently, maintains comfortable (free) movement of the operator, and therefore is economically feasible to purchase industrial companies requiring such devices for their employees.
Техническими результатами настоящего изобретения являются:The technical results of the present invention are:
• Увеличение срока службы устройства за счет снижения изгибающей и несоосной (консольной) нагрузок на силовой элемент;• Increasing the service life of the device by reducing bending and misaligned (cantilever) loads on the load-bearing element;
• Повышение КПД устройства;• Increased device efficiency;
• Снижение уровня шума при работе устройства;• Reduced noise level during device operation;
• Снижение риска получения производственной травмы, порчи оборудования и объектов производственных процессов при поломке или некорректной работе устройства;• Reducing the risk of occupational injury, damage to equipment and production process objects in the event of a device breakdown or incorrect operation;
• Расширение арсенала надежных, комфортных в использовании, износоустойчивых устройств, пригодных для применения в качестве промышленного экзоскелета или средства индивидуальной защиты опорно-двигательного аппарата.• Expanding the arsenal of reliable, comfortable to use, wear-resistant devices suitable for use as an industrial exoskeleton or personal protective equipment for the musculoskeletal system.
Указанный технический результат достигается благодаря нескольким существенным доработкам:This technical result is achieved thanks to several significant improvements:
• Первая и обязательная доработка - это крепление нерастяжимого элемента, который может представлять собой в том числе трос, осуществляется не к силовому элементу, который является накопителем упругой энергии, а ниже его, к опоре, что снижает несоосную (консольную) нагрузку на силовой элемент;• The first and mandatory modification is the fastening of an inextensible element, which can also be a cable, carried out not to the power element, which is an elastic energy storage device, but below it, to the support, which reduces the misaligned (cantilever) load on the power element;
• Вторая доработка заключается в использовании элемента компенсации изгибающего и/или радиального усилия, который может представлять собой, в том числе изменение формы планки, таким образом, что крепления (9), (10) и вектор скорости точки приложения усилия (15) принадлежат одной плоскости (Фиг. 1В), изменение схемы крепления и типа силового элемента, допускающего его изгибание и (или) нерастяжимого элемента не допускающего его изгибание е плоскости, отличной от плоскости, которая определяется нерастяжимым элементом и креплением (10) (Фиг. 1Г) или компенсаторный элемент (14) изгибающего усилия, представляющий собой устройство, допускающее изменение расстояния между осями креплений (17) и (16) и не допускающее изгибающих усилий в креплениях силового элемента (11) (Фиг. 1Б), используемые совместно или по отдельности.• The second modification is to use a bending and/or radial force compensation element, which can be, among other things, a change in the shape of the bar, so that the fastenings (9), (10) and the velocity vector of the force application point (15) belong to the same plane (Fig. 1B), changing the fastening scheme and the type of load-bearing element that allows it to bend and (or) a non-tensile element that does not allow it to bend in a plane different from the plane that is determined by the non-tensile element and fastening (10) (Fig. 1D) or compensatory element (14) for bending force, which is a device that allows changing the distance between the axes of the fastenings (17) and (16) and does not allow bending forces in the fastenings of the power element (11) (Fig. 1B), used together or separately.
• Третья доработка заключается в изменении геометрии шарниров таким образом, что крепления (9), (10) и вектор скорости точки приложения усилия (15) принадлежат одной плоскости (Фиг. 1В).• The third modification is to change the geometry of the hinges in such a way that the fastenings (9), (10) and the velocity vector of the force application point (15) belong to the same plane (Fig. 1B).
Вторая и третья доработка могут использоваться совместно или по отдельности в дополнение к первой, которая является обязательной.The second and third modifications can be used together or separately in addition to the first, which is mandatory.
ТЕРМИНЫTERMS
«Промышленный экзоскелет» (ПЭ) в контексте настоящего изобретения - это носимое на человеке средство индивидуальной защиты опорно-двигательного аппарата, компенсирующее и/или перераспределяющее нагрузку на опорно-двигательный аппарат.An “industrial exoskeleton” (IE) in the context of the present invention is a means of personal protection of the musculoskeletal system worn on a person, compensating and/or redistributing the load on the musculoskeletal system.
«Свободная зона» в контексте настоящего изобретения - это область, в которой могут находится руки оператора, но при этом величина ассистирующего усилия минимальна или существенно ниже величины поддержки, используемой во время работы.A "free zone" in the context of the present invention is an area in which the operator's hands can be placed, but the amount of assistance force is minimal or significantly less than the amount of support used during operation.
«Средство индивидуальной защиты опорно-двигательного аппарата» (СИЗ ОДА) - это устройство, используемое для предотвращения или снижения негативного воздействия тяжести трудового процесса на опорно-двигательный аппарат, предназначенное, в том числе, для снижения риска профессиональных заболеваний и увеличения производительности труда (увеличения естественных возможностей) человека.“Personal protective equipment for the musculoskeletal system” (PPE ODA) is a device used to prevent or reduce the negative impact of the severity of the work process on the musculoskeletal system, intended, among other things, to reduce the risk of occupational diseases and increase labor productivity (increase natural capabilities) of a person.
Под терминами, указывающими на взаимное расположение объектов следует понимать взаимное расположение с погрешностью не более 5% и (или) 5 сантиметров и (или) 5 градусов.Terms indicating the relative position of objects should be understood as relative position with an error of no more than 5% and (or) 5 centimeters and (or) 5 degrees.
«Прямая ортогональна плоскости» или «ось ортогональна плоскости» в контексте настоящего изобретения допускает отклонение от нормали не более чем на 10 градусов."Straight line orthogonal to the plane" or "axis orthogonal to the plane" in the context of the present invention allows a deviation from the normal of no more than 10 degrees.
Под «предназначено» подразумевается, в частности, специальное назначение, использование и (или) оснащение. Тот факт, что объект предназначен для конкретной функции, должен, в частности, означать, что объект выполняет эту конкретную функцию по меньшей мере в одном приложении и (или) рабочем состоянии.“Intended for” means, but is not limited to, a specific purpose, use and/or equipment. The fact that an object is intended for a specific function must specifically mean that the object performs that specific function in at least one application and/or operational state.
«Необходимое усилие» в контексте настоящего изобретения - это воздействие, снижающее нагрузку на опорно-двигательный аппарат человека."Required effort" in the context of the present invention is an effect that reduces the load on the musculoskeletal system of a person.
«Степени свободы» - совокупность независимых координат перемещения и/или вращения, полностью определяющая положение системы или тела.“Degrees of freedom” is a set of independent coordinates of movement and/or rotation that completely determines the position of the system or body.
«Крепление» в контексте настоящего изобретения - это шарнирное, механическое, магнитное, или иное подвижное соединение, обеспечивающее необходимую относительную подвижность между соединяемыми элементами.A “fastening” in the context of the present invention is a hinged, mechanical, magnetic, or other movable connection that provides the necessary relative mobility between the connected elements.
«Шарнир» в контексте настоящего изобретения - это механическое устройство, позволяющее реализовать заданную (заданные) степени свободы (подвижности) при закреплении одного элемента к другому, работой на изменение положения шарнирных координат которого можно пренебречь в контексте данного применения описываемого устройства или понятия.“Hinge” in the context of the present invention is a mechanical device that allows you to realize a given (specified) degree of freedom (mobility) when attaching one element to another, the work to change the position of the hinge coordinates of which can be neglected in the context of this application of the described device or concept.
«Сферический шарнир» в контексте настоящего изобретения - это механическое устройство или элемент, допускающий взаимное движение соединяемых тел в трех вращательных координатах.A “spherical joint” in the context of the present invention is a mechanical device or element that allows the mutual movement of connected bodies in three rotational coordinates.
«Ось шарнира» в контексте настоящего изобретения - это прямая, вокруг которой происходит вращение одного элемента конструкции относительно другого, соединенных между собой шарниром или креплением.“Hinge axis” in the context of the present invention is a straight line around which one structural element rotates relative to another, connected to each other by a hinge or fastener.
«Точка приложения усилия» (15) в контексте настоящего изобретения - это виртуальная точка, относительно которой суммарный момент сил взаимодействия соответствующей верхней конечности оператора и держателя руки (2) равен нулю.The “force application point” (15) in the context of the present invention is a virtual point relative to which the total moment of forces of interaction between the corresponding upper limb of the operator and the hand holder (2) is equal to zero.
«Рабочее движение» в контексте настоящего изобретения - это движение руки, определяемое вектором скорости точки (15)."Working movement" in the context of the present invention is the movement of the hand determined by the velocity vector of the point (15).
«Плечевой сустав оператора» (1) в контексте настоящего изобретения - это область на поверхности тела оператора, минимально отдаленная от плечевого сустава оператора, находящаяся на верхней внешней поверхности плеча."Operator's shoulder joint" (1) in the context of the present invention is the area on the surface of the operator's body that is minimally distant from the operator's shoulder joint, located on the upper outer surface of the shoulder.
«Держатель руки» (2) в контексте настоящего изобретения - это элемент конструкции, к которому крепится верхняя конечность оператора и через который передается усилие от силового элемента к оператору."Arm holder" (2) in the context of the present invention is a structural element to which the upper limb of the operator is attached and through which force is transmitted from the power element to the operator.
«Опора» (5) в контексте настоящего изобретения - это объект, позволяющий передать полезную нагрузку от силового элемента на корпус оператора, мало изменяющий геометрические характеристики в процессе рабочей операции, при этом регулировкой ее длины может осуществляться подстройка кинематики устройства под анатомические особенности оператора.“Support” (5) in the context of the present invention is an object that allows you to transfer the payload from the power element to the operator’s body, which little changes the geometric characteristics during the working operation, while adjusting its length can adjust the kinematics of the device to the anatomical features of the operator.
«Планка» (6) в контексте настоящего изобретения выполнена в виде рычага для передачи усилия на держатель руки.The "bar" (6) in the context of the present invention is designed as a lever for transmitting force to the hand holder.
«Фиксатор опоры» (3) в контексте настоящего изобретения - это элемент, позволяющий зафиксировать часть экзоскелета на поверхности тела оператора, предпочтительно в области бедренного сустава для передачи нагрузки от силового элемента на корпус оператора.A “support clamp” (3) in the context of the present invention is an element that allows you to fix a part of the exoskeleton on the surface of the operator’s body, preferably in the area of the hip joint, to transfer the load from the power element to the operator’s body.
«Крепление» (8, 9, 10, 12, 13, 16, 17) в контексте настоящего изобретения - это шарнирное, механическое, магнитное, или иное подвижное соединение, обеспечивающее необходимую относительную подвижность между соединяемыми элементами.“Fastening” (8, 9, 10, 12, 13, 16, 17) in the context of the present invention is a hinged, mechanical, magnetic, or other movable connection that provides the necessary relative mobility between the connected elements.
Крепление (8) имеет не более двух степеней свободы и не содержит подвижной оси, параллельной прямой, определяемой креплениями (8) и (10). Основная ось шарнира крепления (8) параллельна или в соответствии с геометрией элемента компенсации изгибающего и/или радиального усилия находится под углом к осям (9) и (10).The fastening (8) has no more than two degrees of freedom and does not contain a moving axis parallel to the straight line defined by the fastenings (8) and (10). The main axis of the fastening hinge (8) is parallel or, in accordance with the geometry of the bending and/or radial force compensation element, is at an angle to the axes (9) and (10).
Крепления (9, 12) могут представлять собой крепление произвольного типа.Fastenings (9, 12) can be of any type.
Крепление (10) при использовании компенсаторного элемента (14) может представлять собой крепление произвольного типа. В ином случае крепление не должно содержать вращательной степени свободы вокруг оси, параллельной главной оси (минимального момента) тензора инерции планки.The fastening (10) when using the compensating element (14) can be a fastening of any type. Otherwise, the fastening must not contain a rotational degree of freedom about an axis parallel to the principal axis (minimum moment) of the inertia tensor of the bar.
Крепления (13, 16, 17) представляют собой шарниры, которые имеют одну вращательную степень свободы, оси которых параллельны между собой. Ось шарнира крепления (16) может совпадать с осями шарниров креплений (9) или (10), или находится в любом месте на планке (6) и в одном из предпочтительных вариантов совпадает с осью шарнира крепления (10).The fasteners (13, 16, 17) are hinges that have one rotational degree of freedom, the axes of which are parallel to each other. The axis of the fastening hinge (16) can coincide with the axes of the fastening hinges (9) or (10), or is located anywhere on the bar (6) and, in one of the preferred embodiments, coincides with the axis of the fastening hinge (10).
«Крепление опоры» (4) в контексте настоящего изобретения - это крепление произвольного типа, которое имеет по меньшей мере три вращательные степени свободы (не обязательно находящиеся в одном месте геометрически).A “support mount” (4) in the context of the present invention is a free-form mount that has at least three rotational degrees of freedom (not necessarily located in the same geometric location).
«Нерастяжимый элемент» (7) в контексте настоящего изобретения это объект, расстояние между креплениями (9) и (12) которого, мало (не более чем на 5%) увеличивается относительно исходной длины элемента в процессе выполнения рабочей операции при приложении усилия, ограниченного сценарием использования. При этом нерастяжимый элемент всегда допускает уменьшение расстояния между креплениями (9) и (12) при подъеме руки оператора.“Inextensible element” (7) in the context of the present invention is an object, the distance between the fastenings (9) and (12) of which increases slightly (by no more than 5%) relative to the initial length of the element during the execution of a working operation when applying a limited force use case. In this case, the inextensible element always allows a decrease in the distance between the fasteners (9) and (12) when the operator’s hand is raised.
«Силовой элемент» (11) в контексте настоящего изобретения может представлять собой как пассивное устройство, способное накапливать механическую энергию при сжатии и затем отдавать ее при подъеме руки, так и активное, способное использовать внешнюю энергию для совершения полезной работы.The “power element” (11) in the context of the present invention can be either a passive device capable of storing mechanical energy during compression and then releasing it when the arm is raised, or an active device capable of using external energy to perform useful work.
«Компенсаторный элемент» (14) в контексте настоящего изобретения - это устройство, допускающее изменение расстояния между осями креплений (17) и (16) и не допускающее изгибающих усилий в креплениях силового элемента (11).“Compensatory element” (14) in the context of the present invention is a device that allows a change in the distance between the axes of the fastenings (17) and (16) and does not allow bending forces in the fastenings of the power element (11).
Если не указано иное, все технические и специальные термины, использованные в данном контексте, имеют общепринятое в данной области техники значение.Unless otherwise specified, all technical and technical terms used in this context have their common meaning in the art.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯIMPLEMENTATION OF THE INVENTION
Ниже представлены некоторые частные варианты реализации заявленного изобретения. Они иллюстрируют предложенное решение, не ограничивая при этом объем заявленных в формуле притязаний.Below are some private embodiments of the claimed invention. They illustrate the proposed solution without limiting the scope of the claims stated in the claim.
Предложенное изобретение представляет собой устройство для обеспечения необходимого усилия для поддержки по меньшей мере одной руки оператора путем передачи усилия от держателя руки (2) к фиксатору опоры (3), посредством по меньшей мере одного силового элемента (11), с одной стороны закрепленного к планке (6) посредством крепления (10), с другой стороны зафиксированного на опоре (5), которая с помощью крепления опоры (4) крепится к фиксатору опоры (3), при этом необходимое движение планки (6), к которой прикреплен держатель руки (2), обеспечивает по меньшей мере один нерастяжимый элемент (7), закрепленный с одной стороны к указанной планке (6) посредством крепления (9), с другой стороны посредством крепления (12) - к указанной опоре (5) или к указанному креплению опоры (4) или к указанному фиксатору опоры (3).The proposed invention is a device for providing the necessary force to support at least one hand of the operator by transmitting force from the hand holder (2) to the support lock (3), through at least one power element (11), fixed to the bar on one side (6) by means of fastening (10), on the other side fixed on the support (5), which, using the support fastening (4), is attached to the support lock (3), with the necessary movement of the bar (6), to which the hand holder is attached ( 2), provides at least one inextensible element (7), fixed on one side to the specified bar (6) by means of fastening (9), on the other side by means of fastening (12) - to the specified support (5) or to the specified support fastening (4) or to the specified support clamp (3).
В одном из предпочтительных вариантов устройство имеет регулировку длины опоры (5) и регулировку длины планки (6), позволяющие позиционировать крепления (9) и (10) в области плечевого сустава оператора (1). Устройство может состоять из одного или двух модулей, для поддержки одной или двух рук, соответственно.In one of the preferred embodiments, the device has an adjustment of the length of the support (5) and an adjustment of the length of the bar (6), allowing the mounts (9) and (10) to be positioned in the area of the operator's shoulder joint (1). The device may consist of one or two modules to support one or two hands, respectively.
В одном из предпочтительных вариантов воплощений Крепление, в общем случае, если отдельно не указано иное, может представлять собой подшипниковое соединение, втулку, упругий элемент, ткацкую деталь, деформируемую деталь, шаровой наконечник, подвижный упор.In one preferred embodiment, the Fastener may generally, unless otherwise specified, be a bearing joint, a bushing, a resilient member, a weaving member, a deformable member, a ball joint, or a movable stop.
Держатель руки (2) в одном из предпочтительных вариантов воплощений может представлять собой пластиковый ложемент, шарнирно закрепленный на планке (6) имеющий накладку из ткани и систему ремней с регулировками для разных размеров руки оператора и застежками для быстрого снятия, также может представлять собой кронштейн с системой подвесов или иную деталь, надежно фиксирующуюся на верхней конечности оператора, например на плече, или предплечье, или локте или нескольких зонах рядом с локтевым суставом. В одном из предпочтительных вариантов элемент имеет покрытие с высоким коэффициентом трения при движении вдоль руки и с низким - при вращении вокруг.The hand holder (2) in one of the preferred embodiments may be a plastic cradle hinged on a bar (6) having a fabric lining and a belt system with adjustments for different sizes of the operator’s hand and fasteners for quick removal; it may also be a bracket with a suspension system or other part that is securely fixed on the operator’s upper limb, for example on the shoulder, or forearm, or elbow or several areas near the elbow joint. In one preferred embodiment, the element has a coating with a high coefficient of friction when moving along the hand and a low coefficient when rotating around.
Опора (5) в одном из предпочтительных вариантов воплощений может представлять собой несжимаемый элемент или набор элементов, неподвижно фиксирующихся друг относительно друга в том числе, состоящий из по меньшей мере одной трубки, стержня, планки, фермы, оси, шпильки. В одном из предпочтительных вариантов опора выполнена в форме трубки и содержит регулировку длины для операторов разного роста, которая может быть дискретной или непрерывной. Опора также может содержать гнездо фиксации силового элемента.The support (5) in one of the preferred embodiments may be an incompressible element or a set of elements that are fixedly fixed relative to each other, including consisting of at least one tube, rod, strip, truss, axle, pin. In one preferred embodiment, the support is made in the form of a tube and includes length adjustment for operators of different heights, which can be discrete or continuous. The support may also contain a socket for fixing the power element.
Планка (6) в одном из предпочтительных вариантов воплощений может представлять собой трубку, планку, балку, профиль, тягу бобышку, палку или соединение любого набора указанных элементов, как вдоль основных осей, так и под углом, для выполнения основного свойства компенсаторного элемента (14), при этом регулировкой ее длины может осуществляться подстройка кинематики устройства под анатомические особенности оператора. В одном из предпочтительных вариантов элемент состоит из двух элементов, имеющих фиксируемую поступательную степень свободы друг относительно друга, позволяющую регулировать ее длину.The bar (6) in one of the preferred embodiments may be a tube, bar, beam, profile, tie rod, stick or a connection of any set of these elements, both along the main axes and at an angle, to fulfill the main property of the expansion element (14 ), while adjusting its length can adjust the kinematics of the device to the anatomical features of the operator. In one of the preferred embodiments, the element consists of two elements having a fixed translational degree of freedom relative to each other, allowing its length to be adjusted.
Фиксатор опоры (3) в одном из предпочтительных вариантов воплощений может представлять собой пояс, накладку, вставку, вкладыш, наклейку, разъемное магнитное соединение, прищепку, заклепку, застежку, брошь, которое может быть как частью устройства, так и крепиться на элемент одежды оператора, например, ремень, вкладываться в карман, крепиться на пояс или иное оборудование находящееся во время выполнения целевого процесса в заданной области. Фиксатор может крепиться к собственному ремню оператора. В одном из предпочтительных вариантов выполнен в виде пояса и имеет независимую регулировку длины на передней и задней части и пряжку для быстрого сброса.The support retainer (3) in one of the preferred embodiments can be a belt, an overlay, an insert, an insert, a sticker, a detachable magnetic connection, a clothespin, a rivet, a clasp, a brooch, which can be either part of the device or attached to an element of the operator’s clothing , for example, a belt, put in a pocket, attached to a belt or other equipment located during the execution of the target process in a given area. The retainer can be attached to the operator's own belt. In one preferred embodiment, it is designed as a belt and has independent length adjustment on the front and back and a quick release buckle.
Крепление (8) в одном из предпочтительных вариантов воплощений может представлять собой вращательный шарнир с одной степенью свободы расположенный под прямым углом к планке (6).The fastening (8) in one of the preferred embodiments may be a rotary joint with one degree of freedom located at right angles to the bar (6).
Крепления (9) и (12) в одном из предпочтительных вариантов воплощений могут представлять собой вращательный шарнир с одной степенью свободы под прямым углом к планке (6) или при использовании деформируемого нерастяжимого элемента жесткую фиксацию. В одном из предпочтительных вариантов шарнир одного из креплений обладает дополнительной степенью свободы (вращательной или поступательной) для регулировки длины нерастяжимого элемента. Крепление (9) может содержать поступательную степень свободы вдоль планки для регулировки плеча усилия силового элемента (11).The fastenings (9) and (12) in one of the preferred embodiments can be a rotational hinge with one degree of freedom at right angles to the bar (6) or, when using a deformable inextensible element, a rigid fixation. In one preferred embodiment, the hinge of one of the fasteners has an additional degree of freedom (rotational or translational) to adjust the length of the non-extensible element. The fastening (9) may contain a translational degree of freedom along the bar to adjust the force arm of the power element (11).
Крепление (10) в одном из предпочтительных вариантов воплощений может представлять собой шарнир, содержащий одну (допускающую движение в плоскости рабочего движения) а также, возможно, вторую (ортогональную первой) вращательные степени свободы. Первая степень свободы может быть реализована наконечником газовой пружины или петлей рессоры, в то время, как вторая может быть реализована вокруг винта или линейной направляющей поступательной степени свободы данного крепления, используемой для регулировки плеча приложения усилия силового элемента. Вторая степень свободы может существовать при наличии компенсаторного элемента (14).The fastening (10) in one of the preferred embodiments may be a hinge containing one (allowing movement in the plane of the working movement) and also, possibly, a second (orthogonal to the first) rotational degrees of freedom. The first degree of freedom can be realized by the tip of a gas spring or a spring loop, while the second can be realized around a screw or linear guide of the translational degree of freedom of this mount, used to adjust the force application arm of the power element. The second degree of freedom can exist in the presence of a compensatory element (14).
Крепление (13), (16) и (17) в одном из предпочтительных вариантов воплощений могут представлять собой вращательный шарнир с одной степенью свободы под прямым углом к планке (6) при этом крепление 17 может иметь одну ось с креплением (12), а крепление (16) с (9) или (10), в случае, если их оси параллельны.The fastening (13), (16) and (17) in one of the preferred embodiments may be a rotary hinge with one degree of freedom at right angles to the bar (6), while the fastening 17 may have one axis with the fastening (12), and fastening (16) with (9) or (10), if their axes are parallel.
Крепление опоры (4) в одном из предпочтительных вариантов воплощений может быть выполнено в виде сферического шарнира, набора цилиндрических шарниров с непараллельными осями или закрепления с помощью упругого или нет материала, свойства которого допускают многократные повороты или изгибы при сохранении механических свойств. При этом вращательная степень вокруг «оси» опоры (5) может быть в любом месте данной опоры, содержаться в настройке ее длины или конструктивно заложена в характеристику самого силового элемента (11).The fastening of the support (4) in one of the preferred embodiments can be made in the form of a spherical hinge, a set of cylindrical hinges with non-parallel axes, or fastening using an elastic or non-elastic material, the properties of which allow repeated rotations or bends while maintaining mechanical properties. In this case, the rotational degree around the “axis” of the support (5) can be anywhere in the given support, contained in the adjustment of its length, or structurally included in the characteristics of the load-bearing element (11) itself.
Нерастяжимый элемент (7) в одном из предпочтительных вариантов воплощений может представлять собой многозвенный механизм, цепь, трос, шнур, ремень, стропу, телескопическую трубку или набор подобных элементов. При этом сохранение возможности уменьшения расстояния между (9) и (12) способствует увеличению объема движения оператора без ассистирующего усилия. В одном из предпочтительных вариантов воплощений используется капроновый, металлический или иной нерастяжимый трос. Данный трос может быть продублирован с двух сторон от планки (6) и крепиться с помощью петель подвижно на осях шарниров креплений (9) и (12). Также может быть использован один трос, закрепленный на оси шарнира крепления (9) или (12), а в области другого шарнира он может быть пропущен через отверстие, что обеспечивает равное натяжение с двух сторон.The inextensible element (7) in one of the preferred embodiments may be a multi-link mechanism, a chain, a cable, a cord, a belt, a sling, a telescopic tube or a set of similar elements. At the same time, maintaining the possibility of reducing the distance between (9) and (12) helps to increase the range of movement of the operator without assisting force. In one of the preferred embodiments, a nylon, metal or other inextensible cable is used. This cable can be duplicated on both sides of the bar (6) and movably attached using loops on the axes of the fastening hinges (9) and (12). One cable can also be used, fixed to the axis of the fastening hinge (9) or (12), and in the area of the other hinge it can be passed through a hole, which ensures equal tension on both sides.
Силовой элемент (11) в одном из предпочтительных вариантов воплощений может представлять собой газовую пружину, газлифт, пружину сжатия, рессору или активный привод, в том числе пневмоцилиндр, гидроцилиндр или линейный актуатор, или устройство, состоящие из набора указанных элементов, или иной элемент, геометрические характеристики которого увеличиваются при использовании внешней энергии для совершения полезной работы. В одном из предпочтительных вариантов при использовании газовой пружины дополнительная вращательная степень свободы шарнира (10) должна допускать движение, ограниченное элементом (14). В одном из предпочтительных вариантов воплощений при использовании рессоры элемент (14) не требуется.The power element (11) in one of the preferred embodiments may be a gas spring, gas lift, compression spring, spring or active drive, including a pneumatic cylinder, hydraulic cylinder or linear actuator, or a device consisting of a set of these elements, or another element, the geometric characteristics of which increase when external energy is used to perform useful work. In one preferred embodiment, when using a gas spring, the additional rotational degree of freedom of the hinge (10) should allow movement limited by the element (14). In one preferred embodiment, when using a spring, element (14) is not required.
Компенсаторный элемент (14) в одном из предпочтительных вариантов воплощений может представлять собой многозвенник, набор многозвенников с совпадающими осями вращения. В одном из предпочтительных вариантов выполнен в виде двухзвенника.The compensating element (14) in one of the preferred embodiments may be a multi-link, a set of multi-links with coinciding axes of rotation. In one of the preferred embodiments, it is made in the form of a two-link unit.
Предложенное устройство в одном из предпочтительных вариантов может быть использовано в качестве промышленного экзоскелета.The proposed device, in one of the preferred embodiments, can be used as an industrial exoskeleton.
Предложенное устройство в одном из предпочтительных вариантов может быть использовано в качестве средства индивидуальной защиты опорно-двигательного аппарата.The proposed device, in one of the preferred embodiments, can be used as a personal protective equipment for the musculoskeletal system.
Предложенное устройство может применяться для повышения производительности труда сотрудников промышленных предприятий.The proposed device can be used to increase the productivity of employees of industrial enterprises.
Предложенное устройство может применяться для снижения риска травм и возникновения профессиональных заболеваний сотрудников промышленных предприятий.The proposed device can be used to reduce the risk of injuries and occupational diseases of employees of industrial enterprises.
Предложенное устройство может применяться для снижения затрат предприятий, связанных с временной, частичной или полной потерей работоспособности или снижения производительности и концентрации сотрудников.The proposed device can be used to reduce the costs of enterprises associated with temporary, partial or complete loss of performance or decreased productivity and concentration of employees.
Предложенное устройство может применяться для снижения выбросов СО2 из-за снижения энергозатрат сотрудников.The proposed device can be used to reduce CO2 emissions due to reduced energy consumption of employees.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Фиг. 1А. Базовая модель устройства, вид сбоку и сзади.Fig. 1A. Basic model of the device, side and rear views.
Фиг. 1Б. Модели устройства с элементами компенсации изгибающего усилия, вид сбоку.Fig. 1B. Models of a device with bending force compensation elements, side view.
Фиг. 1В. Модель устройства с изменением формы планки и изменением геометрии шарниров, вид сбоку и сверху.Fig. 1B. Model of the device with a change in the shape of the bar and a change in the geometry of the hinges, side and top views.
Фиг. 1Г. Модель устройства с изменением схемы крепления и типа силового элемента (рессора), вид сбоку.Fig. 1G. Model of the device with a change in the mounting pattern and type of power element (spring), side view.
Фиг. 2 Возможный вариант воплощения устройства без компенсаторного элемента (14).Fig. 2 Possible embodiment of the device without a compensating element (14).
Фиг. 3. Возможный вариант воплощения устройства с компенсаторным элементом (14) в виде двухзвенного механизма.Fig. 3. A possible embodiment of a device with a compensating element (14) in the form of a two-link mechanism.
1 - плечевой сустав оператора1 - operator’s shoulder joint
2 - держатель руки2 - hand holder
3 - фиксатор опоры3 - support clamp
4 - крепление опоры4 - support fastening
5 - опора5 - support
6 - планка6 - bar
7 - нерастяжимый элемент7 - inextensible element
8 - крепление8 - fastening
9 - крепление9 - fastening
10 - крепление10 - fastening
11 - силовой элемент11 - power element
12 - крепление12 - fastening
13 - крепление13 - fastening
14 - компенсаторный элемент14 - compensatory element
15 - точка приложения усилия15 - force application point
16 - крепление16 - fastening
17 - крепление17 - fastening
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫBIBLIOGRAPHY
1. RU175852U1 (ФГБОУ высшего образования "Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова" Министерства здравоохранения Российской Федерации), 21.12.2017;1. RU175852U1 (Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Russian National Research Medical University named after N.I. Pirogov" of the Ministry of Health of the Russian Federation), 12.21.2017;
2. WO2019081851A1 (В TEMIA INC; SAFRAN ELECTRONICS & DEFENSE), 02.05.2019;2. WO2019081851A1 (In TEMIA INC; SAFRAN ELECTRONICS & DEFENSE), 05/02/2019;
3. CN110181489 (KNOWGENE TAIZHOU ROBOT TECH CO LTD), 30.08.2019;3. CN110181489 (KNOWGENE TAIZHOU ROBOT TECH CO LTD), 08/30/2019;
4. CN110238819 (UNIV BEIHANG), 17.09.2019;4. CN110238819 (UNIV BEIHANG), 09/17/2019;
5. RU 200733 U1 (ООО «Экзомед»), 09.11.2020.5. RU 200733 U1 (Exomed LLC), 09.11.2020.
Claims (40)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2022/050286 WO2023038550A1 (en) | 2021-09-13 | 2022-09-13 | Wearable device for supporting a user's arms |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2808690C1 true RU2808690C1 (en) | 2023-12-01 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140158839A1 (en) * | 2012-12-11 | 2014-06-12 | Levitate Technologies, Inc. | Adaptive arm support systems and methods for use |
| US20160339583A1 (en) * | 2015-05-18 | 2016-11-24 | The Regents Of The University Of California | Method and apparatus for human arm supporting exoskeleton |
| US20200093676A1 (en) * | 2017-06-06 | 2020-03-26 | Ottobock Se & Co. Kgaa | Device for supporting both arms of a user |
| WO2020169674A1 (en) * | 2019-02-20 | 2020-08-27 | Ottobock Se & Co. Kgaa | Device for supporting at least one arm of a user, and headrest |
| RU202453U1 (en) * | 2020-06-11 | 2021-02-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Экзомед" | Passive exoskeleton of the upper limbs |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140158839A1 (en) * | 2012-12-11 | 2014-06-12 | Levitate Technologies, Inc. | Adaptive arm support systems and methods for use |
| US20160339583A1 (en) * | 2015-05-18 | 2016-11-24 | The Regents Of The University Of California | Method and apparatus for human arm supporting exoskeleton |
| US20200093676A1 (en) * | 2017-06-06 | 2020-03-26 | Ottobock Se & Co. Kgaa | Device for supporting both arms of a user |
| WO2020169674A1 (en) * | 2019-02-20 | 2020-08-27 | Ottobock Se & Co. Kgaa | Device for supporting at least one arm of a user, and headrest |
| RU202453U1 (en) * | 2020-06-11 | 2021-02-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Экзомед" | Passive exoskeleton of the upper limbs |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107835675B (en) | Method and apparatus for a human arm supporting exoskeleton | |
| US10561563B2 (en) | Optimal design of a lower limb exoskeleton or orthosis | |
| EP3278938B1 (en) | Wearable apparatus for assisting a human when performing a load-involved task | |
| Simpson et al. | Exomuscle: An inflatable device for shoulder abduction support | |
| KR20180123108A (en) | Exoskeleton for a Human Being | |
| AU2016426610B2 (en) | Force-balancing support, mechanical apparatus and wearable support device | |
| US20090256044A1 (en) | Suspension system and method | |
| ES2955334T3 (en) | Load compensation device, in particular gravitational loads, applicable to exoskeletons | |
| WO2018165399A1 (en) | Devices for the support and balance of human exoskeletons | |
| CN214285780U (en) | Adjustable wearable power-assisted mechanical exoskeleton | |
| EP3007868B1 (en) | Device with improved actuating means | |
| RU2808690C1 (en) | Wearable device to support user's hands | |
| RU2809267C1 (en) | Wearable gear to support user's hands | |
| WO2023038550A1 (en) | Wearable device for supporting a user's arms | |
| WO2023038553A1 (en) | Wearable mechanism for supporting a user's arms | |
| CN115157216A (en) | Motion self-adaptive load-bearing assistance lower limb exoskeleton | |
| US20180295998A1 (en) | Dynamically adjustable arm lift (daal) accessory device | |
| RU2021126905A (en) | WEARABLE MECHANISM TO SUPPORT THE USER'S CASE | |
| WO2023038551A1 (en) | Wearable mechanism for supporting a user's body | |
| Reyes et al. | Shoulder-Support Exoskeletons for Overhead Work: Current State, Challenges and Future Directions | |
| CN208582679U (en) | A kind of exoskeleton robot and its shank baffle component | |
| RU2021126908A (en) | WEARABLE DEVICE FOR USER POSTURE SUPPORT | |
| WO2023038552A1 (en) | Wearable device for supporting a user's posture | |
| RU2813174C2 (en) | Device for compensating load applied to exoskeletons | |
| KR20230025341A (en) | Auxiliary Equipment For Worker |