ЭКЗОСКЕЛЕТОН

Полезная модель относится к робототехнической технике, предназначенной для усиления физических возможностей человека.
Известно также устройство для шагового перемещения (а.с. СССР N 1669108, кл. А63В 25/10, 1991[1]), содержащее каркас с элементами крепления к туловищу, шарнирно связанные с каркасом две пары рычагов, каждая из которых состоит из соединенных между собой посредством шарнирных узлов тазобедренного и голеностопного рычагов с элементами крепления к ногам, и шарнирно связанные со свободными концами голеностопных рычагов опорные платформы для обуви. Каждый из шарнирных узлов, соединяющий рычаги, снабжен механизмом фиксации шарнирного узла с храповым зубчатым зацеплением в виде сегмента с наклонными зубьями и взаимодействующей с ними собачкой и средством управления собачкой. Устройство обеспечивает поддержание и передвижение пользователя, но не обладает достаточным удобством применения, так как механизм фиксации шарнирного узла с храповым зубчатым зацеплением излишне усложнен и имеет недостаточное количество зон фиксации. Кроме того, он не обеспечивает накопление мышечной энергии для последующего взаимного перемещения рычагов, находящихся под значительной нагрузкой.
Известен искусственный коленный сустав (Патент США N 3694823, кл. А61F 1/04 1972,[2]), содержащий каркас в виде тазобедренного и голеностопного рычагов с элементами крепления к конечности, связанные шарнирным узлом, состоящим из муфты свободного хода с возможностью одностороннего вращательного движения, расположенной на поворотном пальце, шарнирный узел включает в себя механизм фиксации кольцевого зажима, расположенный вокруг обоймы муфты свободного хода, состоящий из двухэлементной разгибающейся детали, в состав которой входят корпус, поворотный в направлении втулки, соединенный с тазобедренным рычагом, и одного конца кольцевого зажима, а также рычаг, поворотный и направлении указанного конца зажима и соединенный с другим концом зажима; указанный рычаг является регулированным (по углу) относительно корпуса; поворотный палец, соединяющий указанные две части элемента с тазобедренным рычагом, является эксцентричным и подвижным.
Устройство применяется в протезировании, но не предназначено для использования в экзоскелетонах, а механизм фиксации обоймы муфты свободного хода не обеспечивает накопление и преобразование мышечной энергии и динамичного момента приложения в статичный.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство, содержащее каркас с элементами крепления к туловищу, шарнирно связанные с каркасом две пары рычагов, каждая из которых состоит из соединенных между собой посредством шарнирного узла тазобедренного и голеностопного рычагов и соединена одним концом с каркасом, а другим - с платформой, являющейся основанием стремени, механизм фиксации шарнирного узла с храповым зубчатым зацеплением, соединяющий рычаги, кинематически связан с опорной платформой, при этом механизм фиксации шарнирного узла состоит из параллельно расположенных сегментов зубчатых колес, размещенных на общей оси, с взаимным смещением наклонных зубьев, корпуса шарнирного узла с храповым зубчатым зацеплением с продольно расположенным пазом для перемещения съемной оси, двух пружин регулируемой упругости и шагового срабатывания, расположенных по обе стороны корпуса шарнирного узла и взаимодействующих с осью, собачек, взаимодействующих с сегментами зубчатых колес и посаженных на винты со штырями и пружинами, крышки корпуса, защитных крышек, тазобедренный и голеностопный рычаги, выполненные раздвижными в виде цилиндрических шпилек, соединенных левосторонней и правосторонней резьбой с цилиндрическими трубками, голеностопные рычаги имеют фиксированный угол наклона относительно платформы, корпус тазобедренного рычага взаимодействует с корпусом крепления шаровой опоры и выполнен с возможностью продольного перемещения вдоль него, элементы каркаса дополнены опорным рычагом со средствами фиксации в шарнирном соединении с основанием седла.
Недостатком известного устройства является малая полезная нагрузка и отсутствие защиты человека от пуль и осколков мин и снарядов.
Заявляемое в качестве полезной модели техническое решение направлено на повышение полезной нагрузки и обеспечение защиты от пуль и осколков мин и снарядов.
Указанный результат достигается тем, что экзоскелетон, содержит каркас, состоящий из двух разъемных обручей, охватывающих туловище человека, отдельные части которых соединены между собой с помощью шарниров, с обоими обручами жестко соединен распространяющийся выше и ниже обручей снабженный
отверстиями для прохода головы и рук человека разъемный защитный кожух, части которого соединены между собой с помощью шарниров, на каждой из боковых сторон обручей установлены с возможностью вращения вокруг осей зубчатые колеса, находящиеся в зацеплении друг с другом, при этом верхние зубчатые колеса снабжены пальцами, размещаемыми в продолговатых вырезах, выполненных в верхних частях располагаемым по бокам двух бедренных рычагов, каждый из которых жестко соединен с осью нижнего зубчатого колеса и шарнирно соединен с верхним концом голеностопного рычага, выше верхнего конца которого бедренный рычаг шарнирно соединен со средством его фиксации на бедре человека, нижняя часть голеностопного рычага шарнирно соединена со стременем, голеностопный рычаг в его верхней части снабжен отростком, ориентированным к тыльной стороне экзоскелетона, конец отростка шарнирно соединен с нижним концом дополнительного рычаг, верхний конец которого шарнирно соединен с подвижным элементом, размещенном в продольной прорези, выполненной в бедренном рычаге ниже точки его крепления к нижнему зубчатому колесу, подвижный элемент снабжен пальцем, взаимодействующим с дугообразным вырезом, выполненном в нижнем зубчатом колесе, с выпуклостью, обращенной к образующей зубчатого колеса.
Указанный результат достигается также тем, что отверстие для прохода головы в разъемный защитный кожухе снабжено средством крепления к нему защитного шлема.
Указанный результат достигается также тем, что средство фиксации на бедре человека бедренного рычага выполнено в виде ремня с застежкой.
Указанный результат достигается также тем, что он снабжен дополнительным разъемным защитным элементом в виде юбки, шарнирно соединенным с осью нижнего зубчатого колеса.
Указанный результат достигается также тем, что он снабжен дополнительными разъемными защитными элементами, закрепленными на голеностопных рычагах. Указанный результат достигается также тем, что он снабжен ручным приводом в виде съемного рычага, надеваемого на ось нижнего зубчатого колеса.
Совокупность признаков первого пункта формулы полезной модели, в наиболее общем виде характеризующая предлагаемое устройство, позволяет получить технический результат, заключающийся в том, что обеспечивается повышение полезной нагрузки и защита тела человека от пуль и осколков мин и снарядов.
В частных случаях реализации эффект защиты увеличивается, когда экзоскелетон снабжается защитным шлемом, когда он снабжен дополнительным разъемным защитным элементом в виде юбки, шарнирно соединенным с осью нижнего зубчатого колеса и/или он снабжен дополнительными разъемными защитными элементами, закрепленными на голеностопных рычагах. Дополнительно полезная нагрузка может быть увеличена если экзоскелетон снабжен ручным приводом в виде съемного рычага, надеваемого на ось нижнего зубчатого колеса.
Сущность экзоскелетона поясняется примерами реализации и чертежами. На Фиг.1 схематично представлен общий вид экзоскелетона; На Фиг.2 схематично представлен общий вид механизма привода экзоскелетона. На Фиг.3, 4 схематично показана последовательность положения узлов механизма привода экзоскелетона при реализации его передвижения.
Экзоскелетон, содержит каркас, состоящий из двух разъемных обручей 1, охватывающих туловище человека, отдельные части которых соединены между собой с помощью шарниров 2, с обоими обручами жестко соединен распространяющийся выше и ниже обручей снабженный отверстиями для прохода головы 3 и рук 4 человека разъемный защитный кожух 5, части которого соединены между собой с помощью шарниров 6. На каждой из боковых сторон обручей установлены с возможностью вращения вокруг осей, зубчатые колеса, находящиеся в зацеплении друг с другом, при этом верхние зубчатые колеса 7 снабжены пальцами 8. Пальцы 8 взаимодействуют с бедренными рычагами 9. Для этого в верхних частях рычагов, выполнены продолговатые вырезы 10. Каждый из двух бедренных рычагов 8, из жестко соединен с осью 11 нижнего зубчатого колеса 12 и шарнирно соединен с верхним концом голеностопного рычага 13, выше верхнего конца которого бедренный рычаг шарнирно соединен со средством его фиксации 14 на бедре человека, нижняя часть голеностопного рычага шарнирно соединена со стременем 15, голеностопный рычаг в его верхней части снабжен отростком 16, ориентированным к тыльной стороне экзоскелетона, конец отростка шарнирно соединен с нижним концом дополнительного рычага 17, верхний конец которого шарнирно соединен с подвижным элементом 18, размещенном в продольной прорези 19, выполненной в бедренном рычаге ниже точки его крепления к нижнему зубчатому колесу, подвижный элемент 18 снабжен пальцем 20, взаимодействующим с дугообразным вырезом 21 (показан пунктиром), выполненном
в нижнем зубчатом колесе 12, с выпуклостью, обращенной к образующей зубчатого колеса.
Экзоскелетон снабжен отверстием 3 в разъемном защитный кожухе 5 для прохода головы и снабжен средством крепления (не показано) к нему защитного шлема 22. В частном случае реализации экзоскелетон снабжен дополнительным разъемным защитным элементом 23 в виде юбки, шарнирно соединенным с осью нижнего зубчатого колеса, а также дополнительными разъемными защитными элементами 24, закрепленными на голеностопных рычагах. В частном случае реализации экзоскелетон снабжен ручным приводом 25 в виде съемного рычага, надеваемого на ось нижнего зубчатого колеса.
Экзоскелетон используется следующим образом;
Человек, помещает стопы в стремена 15, закрепляет бедренные рычаги с помощью средства фиксации 14, закрывает и соединяет меду собой разъемные обручи 1 и части защитного кожуха 5
Человек начинает выполнять естественный шаг правой ногой. Поскольку бедро человека соединено средством фиксации 14 с бедренным рычагом экзоскелетона, то при реализации шага правой ногой рычаг 9 относительно своего первоначального расположения (вертикального) развернется на определенный угол совместно с зубчатым колесом 12. Их повороты на Фиг.3 указаны стрелками. Зубчатое колесо 12 развернет зубчатое колесо 7 в обратном направлении (также указано стрелкой). При развороте колеса 7 палец 8 также будет разворачивать бедренный рычаг, т.е. сам бедренный рычаг будет разворачиваться с гораздо большим усилием (моментом).
При повороте колеса 12 по соответствующей траектории палец 20, закрепленный на элементе 18, продвинет этот элемент и в результате этого промежуточный рычаг 17 развернет на определенный угол в шарнире бедренный и голеностопный рычаги. Со стороны левой ноги человека все перечисленные ниже узлы механизма привода экзоскелетона будут работать в обратном направлении, (см. Фиг.4).
Таким образом осуществляется продвижение экзоскелетона различного назначения.
Устройство механизма привода экзоскелетона позволяет максимально обеспечить разгрузку человека, находящегося в. внутри экзоскелетона.
Все элементы, узлы конструкции свой вес распределяют на механизм привода и через него на узел, являющийся основанием стремени (стопы) экзоскелетона.
Сам же человек, находящийся в экзоскелетонее, должен обеспечивать лишь его устойчивость в вертикальном положении во время передвижения.