Управляемый модуль спины экзоскелета

Полезная модель относится к устройствам, используемым для облегчения перемещения грузов при помощи ручного труда и предназначенным для усиления физических возможностей человека и снижения нагрузки на оператора, и может быть использована при проектировании экзоскелетов, используемых при проведении погрузочно-разгрузочных работ и транспортировки тяжелых грузов.
Большинство известных конструкций экзоскелетов предназначено для снижения нагрузки на спину человека-оператора, возникающей при переносе и удержании грузов. В частности известен пассивный грузовой экзоскелетон, содержащий каркас с элементами крепления к туловищу, две пары тазобедренных и голеностопных рычагов, соединенных между собой посредством коленных шарниров с элементами фиксации, и шарнирно связанных свободными концами с каркасом и опорами стоп, отличающийся тем, что каркас выполнен в виде двухчастного корсета, с укрепленными на нем продольными направляющими, переходящими с передней на заднюю часть корсета, при этом соединение рычагов с каркасом осуществляется посредством компенсатора, установленного с возможностью перемещения по направляющим при изменении угла между каркасом и тазобедренным рычагом, а рычаги выполнены в виде пространственных оболочек, размещаемых с возможностью фиксации на передней части бедра и голени элементами крепления, а элемент крепления к опорам стоп выполнен в виде шарнирного узла, фиксируемого на обуви с возможностью поворота стопы вокруг трех осей координат (см. пат. РФ №2362598 от 10.11.2015).
Недостатком данного устройства является большая масса, габариты и сложность в изготовлении отдельных деталей, что существенно влияет на работоспособность оператора. Кроме этого, использование такого устройства не позволяет определять кинематические и динамические характеристики экзоскелета в процессе его эксплуатации.
Задача полезной модели - повышение работоспособности и безопасности работы за счет снижения нагрузки на спину оператора.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве, содержащем каркас с элементами крепления к туловищу дополнительно содержится измеритель силы, электрически связанный со средством управления, причем измеритель силы включает в себя мягкий буфер, кинематически связанный через упругий элемент с тензодатчиком, установленным неподвижно внутри корпуса измерителя, закрепленного на каркасе.
Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что оно дополнительно содержит измеритель силы, электрически связанный со средством управления, причем измеритель силы включает в себя мягкий буфер, кинематически связанный через упругий элемент с тензодатчиком, установленным неподвижно внутри корпуса измерителя, закрепленного на каркасе.
Отличительные признаки в заявляемом техническом решении не выявлены при изучении данной и смежных областей техники.
Совокупность заявляемых признаков обеспечивает достижение задачи полезной модели - повышение работоспособности и безопасности работы за счет снижения нагрузки на спину оператора.
На фиг. 1 показан общий вид устройства, на фиг. 2 - общий вид измерителя силы.
Управляемый модуль спины экзоскелета состоит из каркаса 1, на котором установлены регулируемые фиксаторы спины 2, пояса 3, поясничный упор 4, измеритель силы 5 и средство управления 6. Измеритель силы 5 включает в себя корпус 6, внутри которого установлен мягкий буфер 7, кинематически связанный через упругий элемент 8 с тензодатчиком 9, установленным неподвижно внутри корпуса 6.
Устройство работает следующим образом. При закреплении каркаса 1 на операторе, измеритель силы 5 входит в контакт со спиной оператора. При взаимодействии спины оператора с буфером 7 происходит деформация упругого элемента 8 в результате чего, на тензодатчик 9 действует сила, пропорциональная деформации упругого элемента 8. В результате действия возникшей силы, сопротивление тензодатчика 9 изменяется. При этом формируется электрический сигнал, пропорциональный действующей между спиной оператора и экзоскелета силой, который передается затем в средство управления 6. Средство управления 6 обрабатывает полученный электрический сигнал, определяет величину действующей силы и сравнивает ее с допускаемой нагрузкой на спину оператора.
Применение предлагаемого устройства позволяет значительно повысить безопасность работы оператора, снизить его утомляемость при работе по подъему и переноске тяжелых грузов.