Коленный шарнир грузового экзоскелетона

Полезная модель относится к области удовлетворения жизненных потребностей человека и может быть использована в качестве коленных шарниров экзоскелетонов, используемых в туризме, спорте и при проведении спасательных и армейских операций.
Известен коленный шарнир экзоскелетона, содержащий роликовую обгонную муфту с поводковой вилкой, причем обойма обгонной муфты встроена в выполненный в виде втулки конец бедренного звена экзоскелетона, а ступица обгонной муфты смонтирована на выполненном в виде вала конце голенного звена экзоскелетона, причем втулка бедренного звена, вал голенного звена, вал поводковой вилки, обойма и ступица расположены соосно (патент РФ №2075986, опубл. 27.03.1997).
Управление режимом работы этого коленного шарнира осуществляется при помощи тросов, что приводит к неудобству в обслуживании и эксплуатации, что снижает надежность работы устройства.
Известен коленный шарнир пассивного грузового экзоскелетона, содержащий два тормозных диска и зажимную втулку, находящиеся на оси шарнирного соединения бедренного и голенного звеньев экзоскелетона, при этом зажимная втулка одним концом связана с неподвижным тормозным диском, а противоположным концом, выполненным в виде опорного фланца, через буфер с подвижным тормозным диском, связанным с одним из звеньев, по меньшей мере, одним храповым механизмом (патент РФ №2362598, опубл. 27.07.2009).
Данный шарнир конструктивно сложен, не позволяет осуществлять фиксацию относительного положения бедренного и голенного звеньев при произвольном угле фиксации, что снижает функциональные возможности его применения.
Задача полезной модели – расширение функциональных возможностей.
Поставленная задача достигается тем, что коленный шарнир грузового экзоскелетона, состоящий из привода вращательного движения, электрически связанного с системой управления и источником энергии, установленными на корпусе, причем привод выполнен в виде червячного редуктора и посредством кулачкового механизма кинематически связан с бедренным звеном, при этом привод вращательного движения неподвижно установлен на голенном звене, а толкатель кулачкового механизма выполнен в виде  рычага, на одном конце которого подвижно установлен ролик, а второй конец подвижно соединен с бедренным звеном, причем ролик перемещается по пазу кулачка.
Заявленное техническое решение отличается от прототипа тем, что коленный шарнир грузового экзоскелетона, состоящий из привода вращательного движения, электрически связанного с системой управления и источником энергии, установленными на корпусе, причем привод выполнен в виде червячного редуктора и посредством кулачкового механизма кинематически связан с бедренным звеном, при этом привод вращательного движения неподвижно установлен на голенном звене, а толкатель кулачкового механизма выполнен в виде  рычага, на одном конце которого подвижно установлен ролик, а второй конец подвижно соединен с бедренным звеном, причем ролик перемещается по пазу кулачка.
Отличительные признаки в заявляемом техническом решении не выявлены при изучении данной и смежных областей техники.
Совокупность заявляемых признаков обеспечивает достижение задачи полезной модели - расширение функциональных возможностей устройства.
На фиг. 1 показана общая схема коленного шарнира, на фиг. 2 – вид сбоку кулачкового механизма.
На голенном звене 1 неподвижно установлен привод вращательного движения 2 (в качестве которого применяется червячный редуктор), электрически связанный с системой управления и источником энергии, установленными на корпусе экзоскелетона (на фигуре система управления и источник энергии не показаны). Привод 2 кинематически связан с кулачковым механизмом, состоящим из пазового кулачка 3 и толкателя, выполненного в виде  рычага 4, на одном конце которого подвижно установлен ролик 5, перемещающийся по пазу кулачка 3, а другой конец подвижно соединен с бедренным звеном 6. На бедренном звене 6 закреплен датчик углового положения (на фиг. не показан).
Устройство работает следующим образом. Система управления, в соответствии с заданной программой подает питающее напряжение на привод вращательного движения 2, который приводит в качательное движение толкатель 4, сообщающий движение бедренному звену 6, поворачивающемуся на заданный угол. Изменяя с помощью системы управления закон питания привода и меняя форму профиля паза кулачка можно изменять законы движения и соответственно изменять скорость движения экзоскелетона. Использование кулачкового механизма с геометрическим замыканием позволит снизить нагрузки на коленный шарнир по сравнению со схемами с силовым замыканием.
Применение в качестве привода червячного редуктора, у которого ведущим является червяк, позволит добиться эффекта самоторможения механизма (самоторможение – свойство механизма, заключающееся в том, что механизм можно привести в движение лишь со стороны входного звена – червяка, а со стороны выходного звена – червячного колеса передача движения невозможна). Таким образом, можно добиваться остановки движения устройства не применяя специальных тормозных устройств.
Использование предлагаемой конструкции коленного шарнира экзоскелетона позволяет расширить функциональные возможности его применения по сравнению с прототипом и упростить его конструкцию.