RU2809267C1 - Wearable gear to support user's hands - Google Patents
Wearable gear to support user's hands Download PDFInfo
- Publication number
- RU2809267C1 RU2809267C1 RU2021126907A RU2021126907A RU2809267C1 RU 2809267 C1 RU2809267 C1 RU 2809267C1 RU 2021126907 A RU2021126907 A RU 2021126907A RU 2021126907 A RU2021126907 A RU 2021126907A RU 2809267 C1 RU2809267 C1 RU 2809267C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- support
- fastening
- bar
- operator
- freedom
- Prior art date
Links
- 210000002346 musculoskeletal system Anatomy 0.000 claims abstract description 11
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims abstract description 10
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 6
- 208000028571 Occupational disease Diseases 0.000 claims abstract description 5
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 claims abstract description 3
- 230000006378 damage Effects 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
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 7
- 210000000323 shoulder joint Anatomy 0.000 claims description 6
- 210000001364 upper extremity Anatomy 0.000 claims description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 3
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 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
- 210000000245 forearm Anatomy 0.000 claims description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 2
- 238000009941 weaving Methods 0.000 claims 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
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 210000004394 hip joint Anatomy 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 210000001503 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
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 210000001991 scapula Anatomy 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 поддержки по меньшей мере одного плеча пользователя [5], характеризующееся тем, что оно состоит из опорного элемента для руки с держателем и пассивного привода, способного прикладывать усилие к опорному элементу; рычага, упора для передачи усилия и элемента передачи усилия, с возможностью передачи противодействующей силы на опорный элемент на поясе. При этом устройство выполнено таким образом, что движение рычага не ограничивает устройство и сила действует эксцентрично по отношению к оси поворота рычага, и отличается тем, что основной шарнир вращения рычага располагается в области лопатки пользователя.The closest analogue of the claimed invention is a device for supporting at least one shoulder of the user [5], characterized in that it consists of a support element for the arm with a holder and a passive drive capable of applying force to the support element; a lever, a force transmission stop and a force transmission element, with the ability to transmit a counter force to a support element on the belt. In this case, the device is designed in such a way that the movement of the lever does not limit the device and the force acts eccentrically with respect to the axis of rotation of the lever, and is characterized in that the main hinge of rotation of the lever is located in the area of the user's shoulder blade.
Описанное устройство обладает рядом серьезных недостатков, таких как ограничение диапазона свободных движений, чрезмерные габариты устройства, сложность правильного позиционирования неподвижных элементов на корпусе человека и малая область полезной нагрузки при поддержке руки. Они негативно влияют на эргономические характеристики аппарата, в том числе приводят к невозможности существенного увеличения усилия при сохранении эргономических характеристик. Возникают существенные требования к точной настройке под антропометрические параметры конкретного оператора. Также присутствуют значительные выступающие части, мешающие свободному движению и возникает перекрытие областей тела, таких как область лопаток. Эти факторы и недостатки приводят к снижению комфорта при использовании, существенному уменьшению сферы и сужению области применения из-за потери эффективности данного устройства.The described device has a number of serious disadvantages, such as limited range of free movements, excessive dimensions of the device, difficulty in correctly positioning fixed elements on the human body, and a small payload area when supported by the hand. They negatively affect the ergonomic characteristics of the device, including making it impossible to significantly increase the force while maintaining ergonomic characteristics. There are significant requirements for precise adjustment to the anthropometric parameters of a particular operator. There are also significant protrusions that interfere with free movement and overlap of body areas such as the shoulder blades. These factors and disadvantages lead to a decrease in comfort during use, a significant reduction in the scope and narrowing of the scope due to the loss of efficiency of the device.
Таким образом, задачей настоящего изобретения было создание аналогичного устройства, лишенного указанных недостатков, обладающего высокой эксплуатационной эргономичностью и высоким спектром применимости в разных сферах производственных процессов, 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 ergonomics and a wide range of applicability in various areas of production processes, and therefore is economically feasible for purchase by industrial companies that need similar devices for their employees.
Техническими результатами настоящего изобретения являются:The technical results of the present invention are:
• расширение арсенала надежных, комфортных в использовании, износоустойчивых устройств, пригодных для применения в качестве промышленного экзоскелета или средства индивидуальной защиты опорно-двигательного аппарата;• expansion of 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;
• уменьшение скорости снятия устройства;• reducing the speed of device removal;
• дополнительное снижение нагрузки на мышцы спины;• additional reduction of load on the back muscles;
• снижение работы мышц, затрачиваемой на снятие ассистирующего усилия (усилия поддержки) при выводе рук из рабочей области;• reduction in muscle work spent on removing the assisting force (support force) when removing the hands from the working area;
• появление возможности надевать устройство под рабочую одежду;• the ability to wear the device under work clothes;
• увеличение рабочей зоны;• increase in working area;
• расширение диапазона рабочих движений;• expanding the range of working movements;
• освобождение необходимых зон на поверхности тела;• release of necessary areas on the body surface;
• уменьшение времени, необходимого для надевания устройства;• reducing the time required to put on the device;
• повышение долговечности и надежности;• increasing durability and reliability;
• уменьшение габаритов и веса устройства.• reduction in size and weight of the device.
Указанный технический результат достигается благодаря нескольким существенным доработкам:This technical result is achieved thanks to several significant improvements:
• Первая доработка заключается в использовании дистанцирующего элемента, длина которого незначительно изменяется в процессе движения, что может компенсировать несоосные нагрузки на силовой элемент;• The first modification is to use a spacer element, the length of which changes slightly during movement, which can compensate for misaligned loads on the power element;
• Вторая доработка заключается в использовании силового элемента, высвобождающего энергию при увеличении внешних геометрических характеристик;• The second modification is the use of a power element that releases energy when the external geometric characteristics increase;
• Третья доработка заключается в изменении кинематической схемы, позволяющей использовать толкающий силовой элемент;• The third modification is to change the kinematic scheme, allowing the use of a pushing power element;
• Четвертая доработка заключается в изменении рабочего положения оси вращения, таким образом, что она переносится из области лопатки в область плечевого сустава;• The fourth modification is to change the working position of the axis of rotation, so that it is transferred from the area of the scapula to the area of the shoulder joint;
• Отсутствие элемента компенсации изгибающего усилия приводит к повышению надежности устройства.• The absence of a bending force compensation element leads to increased reliability of the device.
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.
«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.
«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.
«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 несовпадающих 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 non-coinciding rotational coordinates.
«Ось шарнира» в контексте настоящего изобретения - это прямая, вокруг которой происходит моментальное 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 instantaneous rotation of one structural element relative to another occurs, 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.
«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 опоры» (4) в контексте настоящего изобретения - это крепление произвольного типа, которое имеет по меньшей мере три вращательные степени свободы (не обязательно находящиеся водном месте геометрически).A “support mount” (4) in the context of the present invention is a mount of any type that has at least three rotational degrees of freedom (not necessarily located in the same geometric location).
«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 Также она может содержать недостающую вращательную степень свободы в случае, если крепление опоры (4) имеет две степени свободы.“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. It is also may contain the missing rotational degree of freedom if the support mount (4) has two degrees of freedom.
«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.
«Крепление» (8, 9, 10, 12) в контексте настоящего изобретения - это шарнирное, механическое, магнитное, или иное подвижное соединение, обеспечивающее необходимую относительную подвижность между соединяемыми элементами.“Fastening” (8, 9, 10, 12) 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 главной оси (минимального момента) тензора инерции планки. Одна из осей шарнира крепления (8) параллельна или находится под углом не более 20 градусов 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 main axis (minimum moment) of the inertia tensor of the bar. One of the axes of the fastening hinge (8) is parallel or at an angle of no more than 20 degrees to the axes (9) and (10).
Крепление (9) представляет собой шарнир, содержащий ось вращения, ортогональную плоскости рабочего движения, а также допускает наличие оси вращения вокруг продольной оси элемента (7). Также может содержать поступательную степень свободы вдоль продольной оси элемента (7), используемую для регулировки зоны максимального усилия или вдоль планки (6) для регулировки величины усилия.The mount (9) is a hinge containing an axis of rotation orthogonal to the plane of the working movement, and also allows for the presence of an axis of rotation around the longitudinal axis of the element (7). It may also contain a translational degree of freedom along the longitudinal axis of the element (7), used to adjust the zone of maximum force, or along the bar (6) to adjust the magnitude of the force.
Крепление (12) может представлять собой вращательный шарнир, ось которого ортогональна плоскости рабочего движения. Также может содержать поступательную степень свободы вдоль оси элемента (5) или дополнительную ось вращения, ортогональную плоскости рабочего движения, используемые для отключения усилия и/или увеличения свободной зоны. Крепление (12) соединяет опору (5) с элементами (7) и (11), фиксируя один из них, относительно опоры (5).The mount (12) can be a rotary joint, the axis of which is orthogonal to the plane of the working movement. It may also contain a translational degree of freedom along the axis of the element (5) or an additional axis of rotation, orthogonal to the plane of the working movement, used to disable the force and/or increase the free zone. The fastening (12) connects the support (5) with elements (7) and (11), fixing one of them relative to the support (5).
Крепление (10) может представлять собой крепление произвольного типа.The fastening (10) can be of any type.
«Дистанцирующий элемент» (7) в контексте настоящего изобретения это объект, расстояние между креплениями (9) и (12) которого, мало (не более чем на 4%) изменяется относительно исходной длины элемента в процессе выполнения рабочей операции при приложении усилия, ограниченного сценарием использования. Данный элемент является несжимаемым.“Distancing element” (7) in the context of the present invention is an object, the distance between the fastenings (9) and (12) of which changes little (by no more than 4%) relative to the original length of the element during the execution of a working operation with the application of a limited force use case. This element is incompressible.
«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.
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 закрепленного на опоре (5) посредством крепления (12), 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 дистанцирующий 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 to the support (5) by means of fastening (12), which, by means of fastening the support (4), is attached to the support latch (3), with the necessary movement of the bar (6), to to which the arm holder (2) is attached, provides at least one spacer element (7), fixed on one side to the specified bar (6) by means of a fastening (9), on the other side by means of a fastening (12) - to the specified support (5) or to said support mount (4) or to said support retainer (3).
В одном из предпочтительных вариантов воплощения, подобно фиг. 2 и фиг. 3, крепление (12) фиксирует элемент (7) относительно элемента (5) и содержит вращательную степень свободы элемента (11) относительно элементов (5) и (7), ось которой ортогональна плоскости рабочего движения.In one preferred embodiment, similar to FIG. 2 and fig. 3, fastening (12) fixes element (7) relative to element (5) and contains a rotational degree of freedom of element (11) relative to elements (5) and (7), the axis of which is orthogonal to the plane of working movement.
В одном из предпочтительных вариантов воплощения, подобно фиг. 4 и фиг. 6, крепление (12) фиксирует элемент (11) относительно элемента (5) и содержит вращательную степень свободы элемента (7) относительно элементов (5) и (11), ось которой ортогональна плоскости рабочего движения.In one preferred embodiment, similar to FIG. 4 and fig. 6, fastening (12) fixes element (11) relative to element (5) and contains a rotational degree of freedom of element (7) relative to elements (5) and (11), the axis of which is orthogonal to the plane of working movement.
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» может представлять собой подшипниковое соединение, втулку, упругий элемент, тканную деталь, деформируемую деталь, шаровой наконечник, подвижный упор.In one preferred embodiment, the "Fixture" may be a bearing joint, a bushing, a resilient element, a fabric part, a deformable part, 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 overlay and a belt system with adjustments for different sizes of the operator’s hand and fasteners for quick removal, and 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. В одном из предпочтительных вариантов воплощения, подобно фиг. 1В, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 5, опора (5) может являться частью дистанцирующего элемента (7).“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. In one preferred embodiment, similar to FIG. 1B, FIG. 2, fig. 3, fig. 5, the support (5) may be part of the spacer element (7).
«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, 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, rod lug, stick or a connection of any set of these elements, both along the main axes and at an angle, while adjusting its length can the kinematics of the device is adjusted 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 две независимые регулировки длины на передней и задней части, соответственно, и пряжку для быстрого сброса.The “support retainer” (3) in one of the preferred embodiments may be a belt, overlay, insert, liner, sticker, detachable magnetic connection, clothespin, rivet, clasp, brooch, which can be either part of the device or attached to the element operator's clothing, for example, a belt, put into 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 two independent length adjustments on the front and back, respectively, 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 "mount" (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). В одном из предпочтительных вариантов шарнир одного из креплений обладает дополнительной степенью свободы (вращательной или поступательной) для регулировки длины дистанцирующего элемента. Крепление (9) может содержать поступательную степень свободы вдоль планки для регулировки плеча усилия силового элемента (11).The "mounts" (9) and (12) in one preferred embodiment may be a rotary joint with one degree of freedom at right angles to the bar (6). 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 spacer 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.The “mount” (10) in one of the preferred embodiments may be a hinge containing one (allowing movement in the plane of the working movement) and 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.
«Крепление опоры» (4) в одном из предпочтительных вариантов воплощений могут 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 "support attachment" (4) in one of the preferred embodiments can be made in the form of a spherical joint, a set of cylindrical joints with non-parallel axes, or fastening using an elastic or non-elastic material whose properties 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.
«Дистанцирующий элемент» (7) в одном из предпочтительных вариантов воплощений может представлять собой несжимаемый и нерастяжимый 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 выполнен в форме трубки и содержит регулировку длины, которая может быть дискретной или непрерывной. Элемент также может содержать гнездо фиксации силового элемента. В одном из предпочтительных вариантов воплощения, подобно может являться частью опоры (5) Дистанцирующий элемент может крепиться к силовому элементу (11), или к опоре (5), или к креплению опоры (4), или к фиксатору опоры (3).The “distance element” (7) in one of the preferred embodiments may be an incompressible and inextensible 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, stud . In one preferred embodiment, the support is in the form of a tube and includes a length adjustment, which can be discrete or continuous. The element may also contain a socket for fixing the power element. In one of the preferred embodiments, it can similarly be part of the support (5). The spacer element can be attached to the power element (11), or to the support (5), or to the support fastening (4), or to the support latch (3).
«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 (7).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 an element whose geometric characteristics 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) must allow movement limited by the element (7).
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 CO2 из-за снижения энергозатрат сотрудников.The proposed device can be used to reduce CO 2 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 изменением кинематической схемы, вид сбоку.Fig. 1B. Models of the device with a change in the kinematic diagram, side view.
Фиг. 1В. Модель устройства с изменением формы планки и изменением геометрии шарниров.Fig. 1B. Model of a device with a change in the shape of the bar and a change in the geometry of the hinges.
Фиг. 2 Возможный вариант воплощения устройства с поступательной подвижностью в креплении (12).Fig. 2 Possible embodiment of a device with translational mobility in the mount (12).
Фиг. 3. Возможный вариант воплощения устройства с поворотной подвижностью в креплении (12).Fig. 3. A possible embodiment of a device with rotatable mobility in the mount (12).
Фиг. 4. Возможный вариант воплощения устройства с фиксацией силового элемента на опоре.Fig. 4. A possible embodiment of the device with fixation of the power element on the support.
Фиг. 5. Возможный вариант воплощения устройства с поступательной степенью свободы в креплении (12).Fig. 5. A possible embodiment of a device with a translational degree of freedom in the mount (12).
Фиг. 6. Возможный вариант воплощения устройства с фиксацией силового элемента на опоре и поступательной подвижностью в креплении (12).Fig. 6. A possible embodiment of the device with fixation of the power element on the support and translational mobility in the mount (12).
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 - дистанцирующий элемент7 - spacer element
8 - крепление8 - fastening
9 - крепление9 - fastening
10 - крепление10 - fastening
11 - силовой элемент11 - power element
12 - крепление12 - 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. WO2019081851 A1 (В TEMIA INC; 5AFRAN ELECTRONICS & DEFENSE), 02.05.2019;2. WO2019081851 A1 (In TEMIA INC; 5AFRAN 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. DE102017112436 (OTTOBOCK SE AND CO KGAA), 06.12.2018.5. DE102017112436 (OTTOBOCK SE AND CO KGAA), 12/06/2018.
Claims (33)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/RU2022/050289 WO2023038553A1 (en) | 2021-09-13 | 2022-09-13 | Wearable mechanism for supporting a user's arms |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2809267C1 true RU2809267C1 (en) | 2023-12-08 |
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 |
---|---|---|
EP3421188B1 (en) | Exoskeleton and method of providing an assistive torque to an arm of a wearer | |
US10561563B2 (en) | Optimal design of a lower limb exoskeleton or orthosis | |
CN107648013B (en) | 4-degree-of-freedom forearm of upper limb exoskeleton robot | |
Celebi et al. | AssistOn-Knee: A self-aligning knee exoskeleton | |
US10265857B2 (en) | Wearing-type movement assistance device | |
Simpson et al. | Exomuscle: An inflatable device for shoulder abduction support | |
JP6112567B2 (en) | Exoskeleton | |
EP2178680B1 (en) | Wearable mechatronic device | |
KR20180123108A (en) | Exoskeleton for a Human Being | |
Alamdari et al. | Gravity-balancing of elastic articulated-cable leg-orthosis emulator | |
KR20190110086A (en) | Force-balancing aids, mechanical devices and wearable aids | |
Treers et al. | Design and control of lightweight supernumerary robotic limbs for sitting/standing assistance | |
US20190151181A1 (en) | Bi-directional underactuated exoskeleton | |
Qingcong et al. | Design of a gravity balanced upper limb exoskeleton with bowden cable actuators | |
CN114144150A (en) | Load compensation device, in particular for a gravity load, usable for an exoskeleton | |
EP3007868B1 (en) | Device with improved actuating means | |
RU2809267C1 (en) | Wearable gear to support user's hands | |
Kim et al. | Development of the heavy load transferring task oriented exoskeleton adapted by lower extremity using qausi-active joints | |
Reyes et al. | Shoulder-Support Exoskeletons for Overhead Work: Current State, Challenges and Future Directions | |
Hong et al. | Novel three-DOF ankle mechanism for lower-limb exoskeleton: kinematic analysis and design of passive-type ankle module | |
Suthar et al. | Design and experimental evaluation of foldable robot arms for a holding and installation work: frahi | |
CN220481714U (en) | Exoskeleton robot with passive load | |
RU2808690C1 (en) | Wearable device to support user's hands | |
CN209850913U (en) | Lower limb exoskeleton with variable-axis knee joint | |
WO2023038553A1 (en) | Wearable mechanism for supporting a user's arms |