АДАПТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЛЕГЧЕНИЯ РУЧНОГО ТРУДА

Полезная модель относится к устройствам для облегчения ручного труда рабочего промышленного производства при работе с тяжелым инструментом и может быть использована в быту и на производстве, например при выполнении работ на потолке и других отрицательных поверхностях.
Известно устройство для удержания грузов верхними конечностями, характеризующееся тем, что 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 (см.патент на полезную модель № 200733 от 09.11.2020, бюл. №31).
Недостатком данного устройства является то, что у него отсутствует регулировка компенсации нагрузки, т.е. эта компенсация не зависит от величины поднимаемого груза, что может привести к повышению нагрузки на мышцы оператора и снизить эффективность работы устройства.
Задача полезной модели - повышение эффективности работы устройства.
Поставленная задача решается тем, что устройство состоит из функционально соединенных между собой модуля крепления и модуля подъема груза, причем модуль крепления состоит из каркаса, присоединяемого с помощью поясного фиксатора и фиксирующих ремней к корпусу оператора, а 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, при этом модуль подъема груза дополнительно содержит плечевое звено, шарнирно соединенное с верхним концом подвижного штока, причем один конец плечевого звена соединен шарнирно с плечевой манжетой, а на другом конце плечевого звена установлен неподвижно привод поступательного движения, выходное звено которого соединено подвижно с верхним концом троса, нижний конец которого подвижно соединен с корпусом накопителя, причем расстояние от точки приложения силы N до оси плечевого звена выбирается из условия:
;
где G - вес поднимаемого груза;
N - реакция накопителя упругой энергии;
1
L - расстояние от точки приложения силы N до оси плечевого звена;
2
L- расстояние от точки приложения веса G до оси плечевого звена.
Заявленное техническое решение отличается от прототипа тем, что, модуль крепления, состоит из каркаса, присоединяемого с помощью поясного фиксатора и фиксирующих ремней к корпусу оператора, а 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, при этом модуль подъема груза дополнительно содержит плечевое звено, шарнирно соединенное с верхним концом подвижного штока, причем один конец плечевого звена соединен шарнирно с плечевой манжетой, а на другом конце плечевого звена установлен неподвижно привод поступательного движения, выходное звено которого соединено подвижно с верхним концом троса, нижний конец которого подвижно соединен с корпусом накопителя, причем расстояние от точки приложения силы N до оси плечевого звена выбирается из условия:
;
где G - вес поднимаемого груза;
N - реакция накопителя упругой энергии;
1
L - расстояние от точки приложения силы N до оси плечевого звена;
2
L- расстояние от точки приложения веса G до точки приложения силы N.
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 работы устройства.
На фиг.1 общий вид устройства, на фиг.2 - вид сбоку, на фиг.3 - расчетная схема.
Устройство состоит из каркаса 1, который закрепляется на корпусе оператора с помощью пояса 2, фиксирующих ремней 3 и плечевых манжет 4. На поясе 2 с помощью сферического шарнира 6 закрепляется корпус 7 накопителя упругой энергии, шток 8 которого кинематически связан с плечевым звеном 9. Один конец плечевого звена 9 прикрепляется к плечевой манжете 4, а на втором конце установлен неподвижно привод поступательного движения 10. Исполнительное звено 11 привода 10 соединяется с помощью троса 12 к корпусу накопителя 7. На плечевой манжете 4 установлен тензодатчик 13 и датчик угла поворота 14. Тензодатчик 13 и датчик 14 электрически связаны с системой управления(на фиг. не показана).
2
2
1
1
Устройство работает следующим образом. Каркас 1 закрепляется на корпусе оператора. Руки оператора закрепляются в плечевых манжетах 4. В ненагруженном состоянии на плечевое звено 9 действует только восстанавливающая сила (реакция)N накопителя энергии за счет деформации упругого элемента в корпусе 7. Эта сила создает момент относительно точки О (оси плечевого звена 9). В качестве накопителя упругой энергии могут быть использованы пневмоцилиндры, гидроцилиндры, пружинные элементы и т.п. В тот момент, когда оператор берет в руки поднимаемый груз G, возникает момент этой силы относительно оси О, направленный противоположно моменту восстанавливающей силы N(фиг.3). При подъеме груза, оператор включает привод 10, исполнительное звено 11 выдвигается вправо, что приводит к увеличению длины плечевого звена 9 и соответственно момента силы N относительно точки О. В результате этого плечевое звено 9 поворачивается вокруг оси О и помогает поднять груз G вверх. Т.к. устройство предназначено для работы оператора с поднятыми руками, то датчик угла поворота 14 измеряет угол между горизонталью и плечевым звеном 9. Если этот угол больше допустимого, то привод 10 отключает устройство. Если вес поднимаемого груза превышает допустимую нагрузку на каждую руку, то тензодатчик 13 передает сигнал в систему управления, которая отключает устройство. Используя предлагаемое выражение и зная вес поднимаемого груза G, восстанавливающую силу N и расстояние от точки приложения веса G до точки приложения силы N - L(L = const) можно определять расстояние от точки приложения силы N до оси плечевого звена L, что позволяет, регулируя длину звена L, подбирать вес поднимаемого груза G.
Применение предлагаемого устройства помогает человеку удерживать на весу руки с грузом, забирая при этом часть нагрузки с дельтовидной мышцы плеча человека, что повышает производительность и выносливость оператора при работе.