Пассивный грузовой экзоскелетон

Полезная модель относится к устройствам для удовлетворения жизненных потребностей человека и может быть использована в туризме, при проведении спасательных и армейских операций.
Известен пассивный грузовой экзоскелетон, коленный шарнир пассивного грузового экзоскелетона, компенсатор пассивного грузового экзоскелетона (патент РФ №2362598 С2 МПК A62 В 99/00, А61 H 3/00, 2009 г.), состоящий из каркаса с элементами крепления к туловищу, двух пар тазобедренных и голеностопных рычагов, соединенных между собой посредством коленных шарниров с элементами фиксации и шарнирно связанных свободными концами с каркасом и опорами стоп. При этом каркас выполнен в виде двухчастного корсета с укрепленными на нем продольными направляющими, переходящими с передней на заднюю часть корсета. Соединение рычагов с каркасом осуществляется посредством компенсатора, установленного с возможностью перемещения по направляющим при изменении угла между каркасом и тазобедренным рычагом. Рычаги выполнены в виде пространственных оболочек, размещаемых с возможностью фиксации на передней части бедра и голени элементами крепления. Элемент крепления к опорам стоп выполнен в виде шарнирного узла, фиксируемого на обуви с возможностью поворота стопы вокруг трех осей координат.
Недостатком данного устройства является то, что для осуществления процесса ходьбы, используя экзоскелетон, человек должен прикладывать усилия для перемещения своих нижних конечностей.
Известен экзоскелет нижних конечностей, состоящий из каркаса с элементами крепления к туловищу, двух пар тазобедренных и голеностопных рычагов, шарнирно соединенных между собой каркасом и опорами стоп, притом рычаги выполнены в виде пространственных оболочек, размещаемых на передних частях бедер и голеней с возможностью фиксации поддерживающими элементами, отличающийся тем, что каркас выполнен в виде цельного корсета, который фиксируется поясом на теле человека и имеет два электромеханических сервопривода, корпусы которых жестко закреплены на передней нижней части цельного корсета и обеспечивают движение каждого тазобедренного сустава во фронтальной плоскости, при этом выходные валы этих сервоприводов жестко соединены со звеньями, связанными при помощи цилиндрических шарниров с ползунами, которые могут возвратно-поступательно перемещаться вдоль пазов набедренных кронштейнов, связанных с цельным корсетом посредством цилиндрических шарниров и расположенных напротив тазобедренных суставов с внешних сторон бедер, при этом в центре каждого из двух набедренных кронштейнов жестко закреплено по одному корпусу электромеханических сервоприводов, которые обеспечивают движение тазобедренных суставов в сагиттальной плоскости, при этом выходные валы этих сервоприводов напротив тазобедренных суставов с внешних сторон бедер жестко соединены с верхними частями тазобедренных рычагов, притом тазобедренные рычаги имеют встроенные датчики импульсов мускулатуры таза и бедер, роль которых играют емкостные акселерометры, расположенные на внутренней, обращенной к нижним конечностям поверхности тазобедренных рычагов, при этом каждый тазобедренный рычаг фиксируется на бедре нижней конечности посредством поддерживающего элемента бедра, к тому же на нижней части каждого тазобедренного рычага напротив коленных суставов с внешних сторон бедер жестко закреплено по одному корпусу электромеханических сервоприводов, обеспечивающих движение коленных суставов, при этом выходные валы этих сервоприводов напротив коленных суставов с внешних сторон бедер жестко соединены с верхними частями голеностопных рычагов, при этом голеностопные рычаги имеют встроенные датчики импульсов мускулатуры голеней, роль которых играют емкостные акселерометры, расположенные на внутренней, обращенной к нижним конечностям поверхности голеностопных рычагов, вместе с тем каждый голеностопный рычаг фиксируется на голени нижней конечности посредством поддерживающего элемента голени, в дополнение к этому, нижние части тазобедренных рычагов и верхние части голеностопных рычагов соединены посредством цилиндрических шарниров напротив коленных суставов с внутренних сторон бедер, при этом нижние части голеностопных рычагов соединены при помощи цилиндрических шарниров с центральными частями вилок, в нижних частях каждой из которых напротив голеностопного сустава с внешней стороны голени жестко закреплено по одному корпусу электромеханических сервоприводов, обеспечивающих движение каждого голеностопного сустава в сагиттальной плоскости, при этом выходные валы этих сервоприводов жестко соединены напротив голеностопных суставов с внешней стороны голеней с интегрированной обувью, кроме этого, нижние части вилок напротив голеностопных суставов с внутренних сторон голеней и интегрированная обувь соединены посредством цилиндрических шарниров, ко всему прочему на цельный корсет при помощи плечевых ремней надевается ранец с полезной нагрузкой, электронным блоком управления экзоскелетом и блоком аккумуляторов, обеспечивающим электропитание всего устройства, при этом ранец с цельным корсетом электрически соединен посредством внешнего кабеля, а все остальные составные части экзоскелета связаны между собой электрически посредством кабелей, размещенных внутри них (патент на полезную модель №156507 от 10.11.2015).
Недостатком данного устройства является то, что каркас, который фиксируется поясом на теле человека и на который при помощи плечевых ремней надевается ранец с полезной нагрузкой  выполнен цельным и максимальный эффект при этом достигается при ходьбе. Однако, при его использовании в технологических процессах связанных с подъемом и переноской грузов, возникают неудобства в работе, т.к. в наклонных состояниях плечевые ремни врезаются в тело человека, что создает дискомфорт в работе и понижает эффективность его использования.
Задача полезной модели – повышение эффективности использования устройства по сравнению с прототипом.
Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве, состоящем из каркаса с элементами крепления к туловищу, который фиксируется поясом на теле человека, а на каркас при помощи плечевых ремней надевается ранец с полезной нагрузкой, причем каркас состоит из спинной и поясничной частей, соединенных сферическим шарниром, причем поясничная часть каркаса закрепляется на поясе и соединена с помощью сферического шарнира со спинной частью, на которой закрепляется ранец с полезной нагрузкой, а спинная часть крепится на туловище человека, причем корпус сферического шарнира установлен неподвижно на поясничной части каркаса, а палец жестко соединен со спинной частью каркаса.
Отличительные признаки в заявляемом техническом решении не выявлены при изучении данной и смежных областей техники.
Совокупность заявляемых признаков обеспечивает достижение задачи полезной модели – повышение эффективности использования устройства.
На фиг. 1 показана общая схема экзоскелетона, на фиг. 2 – вертикальное положение экзоскелетона, на фиг. 3 – наклоненное положение экзоскелетона, на фиг. 4 – общий вид сферического шарнира.
Каркас, состоящий из спинной 1 и поясничной  2 частей, устанавливается на плечи и спину человека и фиксируется поясом 3 и плечевыми ремнями 4. Ранец 5 с полезной нагрузкой надевается  на спинную часть 1 и фиксируется на ней с помощью лямок 6. Между собой спинная и поясничная части каркаса соединяются при помощи сферического шарнира, причем корпус 7 сферического шарнира закреплен неподвижно на спинной части 1  каркаса, а  палец 8 шаровой частью установлен в корпусе 7 с возможностью поворота вокруг своей оси, а цилиндрическим  концом жестко соединен  с поясничной  частью 2 каркаса. Цилиндрический конец пальца 8 установлен внутри мембраны 9. Сферический шарнир позволяет осуществлять повороты спинной части 1 вокруг трех осей, т.е. имеет три степени свободы.
Устройство работает следующим образом. Каркас устанавливается на плечи человека и фиксируется поясом 3 и плечевыми ремнями 4, при этом руки пропускаются в боковые отверстия в спинной части 1, а голова  - в его верхнее отверстие. На поясничную часть каркаса 2 надевается ранец 5  с полезной нагрузкой. При выполнении технологических операций, а именно при подъеме и опускании грузов,  человек совершает наклон, причем благодаря сферическому шарниру происходит поворот спинной части каркаса 1 относительно поясничной части каркаса 2, т.к. палец 8 может совершать повороты относительно оси шарнира. Кроме облегчения наклонов, использование предлагаемого устройства позволяет осуществлять повороты спинной части относительно поясничной части вокруг вертикальной оси.
Использование предлагаемого устройства позволит облегчить наклоны и повороты спинной  части  экзоскелетона, что положительно влияет на  работу оператора (снижает утомляемость, повышает производительность труда и т.п.).