Пассивный экзоскелет

Полезная модель относится к устройствам, облегчающим перемещение грузов при помощи ручного труда и предназначенным для усиления физических возможностей человека, может быть использована в быту и на производстве, например, при проведении погрузочно-разгрузочных работ, а также для транспортировки тяжелых грузов.
Экзоскелет - специально разработанная внешняя конструкция, которая способна принять на себя чрезмерную нагрузку при выполнении тяжелых работ, сделать человека более сильным и выносливым, а также помочь ему сохранить здоровье опорно-двигательного аппарата.
Он открывает для работников и работодателей новые возможности и повышает производительность и эффективность труда.
Промышленные экзоскелеты снижают нагрузку на человека, что увеличивает силу, выносливость и значительно уменьшает риск получения производственных травм и развития заболеваний опорно-двигательной системы. Устройства этого типа помогают людям переносить, поднимать и удерживать тяжелые грузы, снимают нагрузку с мышц при длительной однообразной работе. В отдельную группу выделяют экзоскелеты для грузчиков. Их используют при погрузочно-разгрузочных и других работах, например, складских. В зависимости от типа такие конструкции помогают грузчикам поднимать вес до девяноста килограмм.
Большинство решений предшествующего уровня техники состоит из экзоскелетов с механическим приводом, которые, хотя и являются полезными при определенных обстоятельствах, могут оказаться неэффективными из-за избыточного веса, стоимости, зависимости от источника питания, а также отсутствия эргономичной мобильности для пользователя.
Известен пассивный экзоскелет (RU, №198841, опубл. 30.07.2020), включающий корсет, соединяющий грудную и поясничную опоры, опору для бедер, опорную пластину, расположенную между грудной и поясничной опорами и выполненную с расширением до упора с осью правой и левой лопатки, пояс с застежкой, соединенный с поясничной опорой, нагрудные регулирующие стропы, два эластомера, выполненные Х-образно на спине и соединенные с задней частью опор для бедер. Между эластомерами и нагрудными регулирующими стропами установлены стропы, один конец каждой из которых жестко закреплен соответственно в правом и левом углах верхней части опорной пластины, а другой конец через блок, установленный в верхней части эластомеров, соединен с нагрудными регулирующими стропами, также установлены наплечные и нагрудные регуляторы размера, а с внутренней стороны корсета в области опорной пластины установлены подушки из мягкого перфорированного материала, кроме того, опорная пластина выполнена перфорированной с U-образным изгибом в области поясничной опоры, причем, нижняя часть опорной пластины выходит за плоскость спины.
Недостаток данной конструкции заключается в ограничении движения тела при наклонах в сторону и перекладывании груза, отсутствие комфорта при ее использовании.
Известен также пассивный экзоскелет (RU, 212301, A61H3/00, публ.14.07.2022), выполненный как поддерживающий грудопоясничный корсет. Принцип работы предлагаемого пассивного экзоскелета основан на свойствах эластомеров накапливать потенциальную энергию при их растяжении при изгибе во время наклона человека с грузом и без груза и возврате кинетической энергии при подъеме. Наличие эластомеров, выполненных V-образно, обеспечивает плавность при разгибании человека и дополнительное усилие, не ограничивает движения тела при активных наклонах в сторону и перекладывании грузов.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту по совокупности признаков является пассивный экзоскелет (RU, 211198, A61H3/00, опубл.25.05.2022), выполненный как поддерживающий грудо-поясничный корсет. Принцип работы предлагаемого пассивного экзоскелета основан на свойствах эластомеров накапливать потенциальную энергию при их растяжении при изгибе во время наклона человека с грузом и без груза и возврате кинетической энергии при подъеме. Наличие эластомеров, соединенных верхними частями соответственно с правой и левой нагрудными регулирующими стропами, обеспечивает плавность при разгибании человека и дополнительное усилие, не ограничивает движения тела при активных наклонах в сторону и перекладывании грузов.
Но и у данной конструкции недостаточная разгрузка плечевого пояса спины и значительное компрессионное воздействие на позвоночник при работе с активными наклонами;
Целью и задачей создания полезной модели является охрана труда и здоровья людей, занятых поднятием и переноской тяжелых грузов или оборудования в опасных и «вредных» условиях труда и ситуациях, где использование дополнительных средств механизации и внешних источников энергии затруднено или невозможно.
Технический результат заявленной полезной модели - обеспечение комфортного использовании экзоскелета при активных наклонах человека в сторону и перекладывании груза за счет снижения нагрузки на плечи и мышцы спины.
Технический результат достигается тем, что в известном пассивном экзоскелете, представляющем собой корсет, соединяющий грудную и пояснично-крестцовую опоры, опоры для бедер, опорную пластину спины, расположенную между грудной и пояснично-крестцовой опорами, регуляторы размера для регулировки корсета под анатомические особенности человека, два эластомера, которые соединены с опорными пластинами для бедер через нижние концы. Преднатяжение эластомеров регулируется нижними стропами с фастексами. Верхними стропами регулируют эластомеры под анатомические особенности человека - пользователя.
При этом, опоры для бедер закрепляются на пользователе на середине бедра. Данный тип опоры меньше сковывает шаг при ходьбе. Такие опоры для бедер комплектуются подтяжками, которые не позволяют опорам спадать при ходьбе, когда эластомеры находятся в расслабленном состоянии.
Кроме того, опорная пластина спины выполнена с прорезями. Дело в том, что при наклоне человека, его позвоночник выпирает и жестко соприкасается с опорной пластиной спины экзоскелета, вызывая болевые ощущения. Так прорези снижают, или даже позволяют избежать болевых ощущений, обеспечивая удобство эксплуатации экзоскелета.
В результате предложенной конструкции, нагрузка на плечи не передается и ограничивается пояснично-крестцовой пластиной, что снижает компрессию позвоночника.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 - изображен вид сзади;
на фиг. 2 - изображен вид спереди;
на фиг. 3 - принцип заявляемого технического решения;
на фиг. 4 - изображен вид на верхние регулировочные стропы;
на фиг. 5 - изображен вид на грудную опору, где
1 - грудная опора;
2 - пояснично-крестцовая опора;
3 - опоры для бедер;
4 - опорная пластина спины с прорезями;
5 - верхняя регулировочная стропа;
6 - нижняя регулировочная стропа;
7 - эластомеры;
8 - нижний регулирующий фастекс;
9 - нагрудная регулировочная стропа;
10 - нагрудная регулирующая пряжка;
11 - стропы Молли.
Пассивный экзоскелет представляет собой корсет, соединяющий грудную опору 1 и пояснично-крестцовую опору 2, опоры для бедер 3, опорную пластину спины 4 с прорезями в области позвоночника, расположенную между грудной и пояснично-крестцовой опорами, верхние регулировочные стропы 5, нижние регулировочные стропы 6, два эластомера 7, расположенные на спине и соединенные с задней частью опор для бедер.
Используется предлагаемый пассивный экзоскелет следующим образом.
Одевают корсет, включающий опорную пластину спины 4 с прорезями в области позвоночника с пояснично-крестцовой 2 опорами. Нижние части эластомеров 7 посредством нижних строп 6 и нижних регулирующих фастексов 8 соединяют соответственно с серединой задней части опор для бедер 3.
Затем производят регулировку корсета под анатомические особенности человека с помощью размерных регуляторов: полнота груди - с помощью нагрудной регулировочной стропы 9 и нагрудных регулирующих пряжек 10; высота расположения груди - с помощью строп Молли 11.
После экипировки пассивного экзоскелета следует отрегулировать преднатяжение системы эластомеров 7 под параметры поднимаемого груза с помощью нижних строп 6. При наклоне человека эластомеры 7, накапливают энергию, которая используется в дальнейшем при разгибании корпуса человека.
Предлагаемая конструкция пассивного экзоскелета обеспечивает оптимальный уровень компенсирующих усилий, возникающих при работе с активными наклонами в сторону и перекладывании груза. Часть энергии, накопленной в эластомерах, используется для компенсации усилий человека при разгибании.
Конструктивная особенность нагрудных регулирующих строп, соединенных с опорной пластиной спины посредством строп Молли, позволяет грудной опоре вращаться относительно пояснично-крестцовой, что улучшает удобство при эксплуатации (боковые наклоны и скручивание торса).
В предлагаемой конструкции минимальное количество свисающих элементов крепления, что положительно сказывается на безопасности и упрощает конструкцию изделия.
Таким образом, пассивный экзоскелет помогает поднимать, переносить, удерживать тяжелые предметы, снимая нагрузку со спины и рук:
1. Увеличивает выносливость и сокращает травматизм;
2. Снижает давление на позвоночник;
3. Увеличивает рабочую силу.
Реализация полезной модели позволяет решить поставленные авторами задачи.