УСТРОЙСТВО РЕГИСТРАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ МАССЫ НОСИМОГО ГРУЗА БИОМЕХАНИЧЕСКИХ АНТРОПОМОРФНЫХ СРЕДСТВ (ПАССИВНЫХ ЭКЗОСКЕЛЕТОВ)
DEVICE FOR REGISTRATION OF PARAMETERS OF REDISTRIBUTING MASS OF LOAD OF BIOMECHANICAL ANTHROPOMORPHIC MEANS (PASSIVE EXOSKELETONS)

Изобретение относится к области средств и методов опытных, испытательных и экспериментальных исследований по определению параметров эффективности биомеханических антропоморфных средств перераспределения массы носимого груза (пассивных экзоскелетов).
Современные тенденции развития бионических средств по увеличению мышечной силы человека или сокращению энергозатрат при выполнении задач, требующих больших мышечных напряжений, воплотили в жизнь множество технических решений, именуемых экзоскелетами, примерами которых являются № JP 2011143243, № US 2013231595, № NZ 20080586912, JP 2013082065. Одним из классов таких устройств являются экзоскелеты, предназначенные для перераспределения массы носимого груза с тела оператора на точку опоры самой конструкции экзоскелета, примером которого является RU 2563209. Данный класс является наиболее востребованным средством в различных отраслях жизнедеятельности, в том числе и в Вооруженных Силах Российской Федерации. При внедрении экзоскелетов указанного класса существует проблема отсутствия измерительных и региструющих устройств и способа определения параметров их эффективности по перераспределению массы носимого груза. Существуют патенты RU 2271145 (Устройство для определения положения центра тяжести человека), RU 2344757С (Устройство для определения центра давления человека в спортивной обуви) и RU 2270603 (Платформа для исследования опорных реакций) которые основаны на фиксации данных перераспределения нагрузки тела человека на точку опоры с помощью тензодатчиков и аппаратуры обрабатывающей сигнал, что позволяет определять моменты отклонения тела и оптимальный центр массы человека. Основной недостаток данных устройств и методики их применения заключается в статичном расположении измерительной платформы, что не обеспечивает возможности измерения перераспределения нагрузки на стопы человека, находящегося в экзоскелете при движении. Наиболее близким прототипом к применяемому устройству регистрации параметров перераспределения массы носимого груза является изобретение 862912 (Тензостелька, опубл. 15.09.81 г., бюллетень №34), которое содержит эластичную платформу с установленными на ней кассетами с тензодатчиками, регистрирующую аппаратуру, соединительный кабель, что позволяет фиксировать параметры нагрузки на стопу при ходьбе. Общим недостатком данных устройств, препятствующим получению технического результата является отсутствие второго уровня тензодатчиков для фиксации нагрузки опорных платформ самого экзоскелета, что делает невозможным расчета разницы показателей нагрузки действующей на стопы человека в экзоскелете и нагрузкой, действующей на платформы экзоскелета.
Предлагаемое устройство регистрации параметров перераспределения массы носимого груза пассивными экзоскелетами состоит из двухуровневых съемных платформ с расположенными на них тензодатчиками передающими сигнал по проводам на радиопередатчик, который в свою очередь передает данные на регистрирующую аппаратуру. Каждая платформа крепится на опорный элемент рычагов экзоскелета левой и правой ноги и состоит из двух уровней. Первый уровень платформы имеет прямоугольную форму с длинами сторон в пропорции 4/10 и выполнен из эластичного полимерного материала со средней жесткостью. В теле первого уровня платформы вклеены не менее 6 тензодатчиков, распределенных по площади платформы на равном расстоянии, по 3 тензодатчика параллельно большим сторонам уровня. Первый уровень платформы крепится с помощью двухсторонней клейкой ленты или клея к опорной поверхности опорного элемента рычагов ног экзоскелета. Второй уровень платформы имеет прямоугольную форму с длинами сторон в пропорции 4/10 и выполнен из эластичного полимерного материала со средней жесткостью. В теле второго уровня по углам вклеены не менее 4 тензодатчиков. Второй уровень платформы крепится к верхней части опорного элемента рычагов ног экзоскелета аналогично первому уровню. Каждый тензодатчик соединяется электрическими проводами с многоканальным обработчиком сигналов, который модулирует и кодирует поступающие аналоговые электрические импульсы в цифровой код в виде потока данных, поступающих на запоминающие устройство и радиопередатчик. Провода от тензодатчиков проходят в теле первого и второго уровня платформ и крепятся при помощи клейкой ленты к каркасу экзоскелета. Обработчик сигналов, запоминающее устройство и радиопередатчик укладываются в тканевый подсумок, который навешивается на каркас экзоскелета при помощи гибких ремней. Обработчик сигналов, запоминающее устройство и радиопередатчик, являются единой конструкцией, работающей от аккумуляторных элементов.
Технический результат изобретения направлен на снижение числа экспериментальных опытов, с одновременным получением объективных и достоверных данных, характеризующих работу конструкции экзоскелета по перераспределению массы носимого груза с оператора экзоскелета на его опорную часть.
На фиг. 1 изображена схема размещения двухуровневых съемных платформ для осуществления способа определения параметров эффективности биомеханических антропоморфных средств перераспределения массы носимого груза (пассивных экзоскелетов), где первый уровень платформы правой ноги 1 и первый уровень платформы левой ноги 2 прикреплены с помощью двухсторонней клейкой ленты или клея к опорной поверхности опорных элементов рычагов ног экзоскелета 3, а второй уровень платформы правой ноги 4 и второй уровень платформы левой ноги 5 прикреплен аналогично первым уровням к верхней части опорных элементов рычагов ног экзоскелета. В теле каждого уровня платформы расположены тензодатчики 6, от которых отходят электрические провода 7.
Осуществление устройства определения параметров перераспределения массы носимого груза пассивных экзоскелетов может быть произведено в следующем примере. Производится установка двухуровневых съемных платформ с помощью двухсторонней клейкой ленты или клея на опорные элементы рычагов экзоскелета левой и правой ноги, как представлено на фиг. 1. Прибор, включающий многоканальный обработчик сигналов, запоминающее устройство и радиопередатчик, укладывается в тканевый подсумок, который навешивается на каркас экзоскелета при помощи гибких ремней. Провода, подсоединенные к тензодатчикам двухуровневых платформ, закрепляют при помощи клейкой ленты на каркас экзоскелета и подсоединяют к прибору, включающему многоканальный обработчик сигналов, запоминающее устройство и радиопередатчик. Затем устанавливается связь между радиопередатчиком и приемником цифрового сигнала, подключенным к ЭВМ. После отладки регистрирующего и обрабатывающего оборудования оператор одевает экзоскелет на себя. После этого оператор осуществляет крепление носимой тары с грузом максимальной заданной массы на экзоскелет и начинает движение. Во время каждого шага электрические импульсы с каждого тензодатчика двухуровневых платформ, поступают на многоканальный обработчик сигналов, который модулирует и кодирует поступающие аналоговые электрические импульсы в цифровой код в виде потока данных, поступающих на запоминающие устройство и радиопередатчик. С радиопередатчика данные передаются на приемник и поступают на запоминающие устройство ЭВМ, где подлежат последующей обработке.