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.
Из уровня техники известен грузовой экзоскелет, который содержит каркас с элементами крепления к туловищу, две пары тазобедренных и голеностопных рычагов. Каркас состоит из плечевого блока в виде комбинации Х-образно соединенных пластин, Г-образно изогнутых на концах, и соединенного с ним спинным карданным узлом через две опорные площадки поясничного блока, состоящего из пояса-коромысла, изогнутого по форме поясничной области тела человека, где в верхней серединной точке коромысла крепится опорная площадка спинного кардана, а концы коромысла с элементами крепления колец карданов опущены и находятся на уровне тазобедренных суставов. Соединение пространственных оболочек тазобедренных рычагов с каркасом осуществляется посредством кольцевых карданов с двумя степенями свободы поворота тазобедренных рычагов, основания которых через угловые консоли связаны с площадками скольжения, установленными на пространственных оболочках тазобедренных рычагов, с возможностью перемещения консоли по дуговым направляющим площадок при изменении угла между каркасом и пространственными оболочками тазобедренных рычагов, при этом соединение опорных площадок с вилкой голеностопа выполнено разъемным. (Патент РФ №2563209, опубл. 10.10.2014).
Недостатками данной конструкции является сложность конструкции и большой вес, ограничение подвижности, недостаточная эффективность при наклонах в сторону и перекладывании груза.
Известен экзоскелет, который содержит по меньшей мере три взаимосвязанные секции: секцию туловища, секцию тазобедренного сустава и секции нижних конечностей. Каждая из секций состоит из множества взаимосвязанных жестких элементов, которые формируют несущую конструкцию экзоскелета. Когда пользователь носит экзоскелет, нагрузка, обычно переносимая на голове, шее и/или туловище пользователя, по меньшей мере частично воспринимается и передается на опорную поверхность экзоскелетом, таким образом уменьшая нагрузку, эффективно воспринимаемую самим пользователем. Секции нижних конечностей экзоскелета также выполнены с возможностью обеспечить расположение несущего окончательного местоположения на внутренней стороне ступни в соответствии с биомеханикой тела человека. Кроме того, плечевой и позвоночный элементы взаимосвязаны при помощи упругих элементов для обеспечения возможности позвоночному узлу сжиматься или растягиваться под нагрузкой и для обеспечения возможности позвоночному узлу соответственно следовать за движениями туловища пользователя, (патент РФ №2696631, опубл. 15.08.2019).
Недостатком данной конструкции является сложность и вес узлов, увеличивающих массу устройства, ограничение подвижности, а также невысокая эффективность при поднятии груза с пола.
Известен пассивный экзоскелет, выполненный в виде корсета, соединяющего грудную и поясничную опоры, и снабженный опорной пластиной в области позвоночника, расположенной между грудной и поясничной опорами и выполненной с расширением до упора с осью правой и левой лопатки, а также внутренней и наружной рессорами, жестко закрепленными с опорной пластиной и установленными в области поясничной опоры, кроме того, он дополнительно снабжен поясом с застежкой, соединенным с поясничной опорой, а также двумя эластомерами, соединенными X-образно на спине с нагрудными регулирующими стропами и задней частью опор для бедер. (Патент №194544, опубл. 13.12.2019).
К недостаткам данной конструкции относятся:
- опасность зацепа наружной рессоры за подвижные части механизмов при работе на производственных площадках;
- недостаточная разгрузка плечевого пояса спины и значительное компрессионное воздействие на позвоночник при работе с активными наклонами;
- отсутствие возможности регулировки размеров экзоскелета в зависимости от анатомических особенностей людей;
- низкая воздухо- и влагопроницаемость экзоскелета;
- сложность конструкции.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту по совокупности признаков является пассивный экзоскелет, 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. (Патент РФ №198841, опубл. 30.07.2020).
Недостатки данной конструкции: ограничение движения тела при наклонах в сторону и перекладывании груза, отсутствие комфорта при ее использовании.
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 пассивном экзоскелете, включающем корсет, соединяющий грудную и поясничную опоры, опору для бедер, опорную пластину в области позвоночника, расположенную между грудной и поясничной опорами, нагрудные регулирующие стропы, наплечные и нагрудные регуляторы размера, два эластомера, расположенные на спине и соединенные с задней частью опор для бедер, в отличие от ближайшего аналога в корсете, выполненном из нескольких слоев, установлен каркас, а верхние части эластомеров соединены соответственно с правой и левой нагрудными регулирующими стропами.
Сущность предлагаемой конструкции пассивного экзоскелета заключается в следующем.
Данное решение обладает рядом существенных преимуществ, необходимых при физических нагрузках. Пассивный экзоскелет выполнен 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, следовательно, обеспечивает комфортное использование экзоскелета.
Корсет выполнен из нескольких слоев с каркасом внутри, что способствует сохранению правильной осанки во время работы, а также не стесняет движения при использовании при активных наклонах человека в сторону и перекладывании груза.
Это позволяет распределить нагрузку, при этом разгружаются плечи и мышцы спины человека и снижается компрессионное воздействие на позвоночник, следовательно, обеспечивается комфортное использование экзоскелета при активных наклонах человека в сторону и перекладывании грузов.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг. 1 изображен вид спереди;
на фиг. 2 изображен вид сзади. Пассивный экзоскелет выполнен в виде корсета 1, соединяющего грудную 2 и поясничную опору 3. Корсет 1 выполнен, например, трехслойным, причем внутренний и наружный слои представляют собой чехол, в котором размещен средний слой - каркас, выполненный, например, из вспененного материала. Корсет 1 снабжен опорной пластиной 4 в области позвоночника, расположенной между грудной 2 и поясничной 3 опорами. Для использования корсета 1 для людей с разными анатомическими особенностями установлены наплечные 5 и нагрудные 6 размерные регуляторы. Эластомеры 7 соединены верхними частями соответственно с правой и левой нагрудными регулирующими стропами 9, а нижние концы эластомеров 7 закреплены на задней части опоры для бедер 8. Пояс 10 фиксирует поясничную опору 3 пассивного экзоскелета на правильной рабочей позиции и застегивается спереди с помощью прочной износостойкой застежки 11.
Используется предлагаемый пассивный экзоскелет следующим образом.
В корсете 1, выполненном, например, из двух слоев воздухо- и влагопроницаемого материала, размещают средний слой-каркас, выполненный, например, из вспененного материала, затем устанавливают опорную пластину 4 в области позвоночника и располагают ее 4 между грудной 2 и поясничной 3 опорами. Верхние части эластомеров 7 соединяют соответственно с правой и левой нагрудными регулирующими стропами 9, а нижние концы закрепляют на задней части опоры для бедер 8.
Затем производят регулировку корсета 1 под анатомические особенности человека с помощью наплечных 5 и нагрудных 6 размерных регуляторов, выполненных, например, в виде наложенных друг на друга лямок с контактным соединением.
После экипировки пассивного экзоскелета следует отрегулировать преднатяжение системы эластомеров 7 под параметры поднимаемого груза с помощью нагрудных регулирующих строп 9. Для предотвращения перетирания и разрушения эластомеров 7 предусмотрены элементы пониженного трения (чехлы защиты).
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. Таким образом, часть энергии, накопленной в эластомерах 7, используется для компенсации усилий человека при разгибании. Другими словами, при наклонах нагрузка на плечи, мышцы спины, позвонки и связки уменьшена. Модульное воздействие от накопленной энергии в эластомерах 7 позволяет на 30-40% разгрузить человека при поднятии груза с пола.
Предлагаемая конструкция пассивного экзоскелета с повышенной воздухо- и влагопроницаемостью выполнена с учетом анатомических особенностей человека, позволяет распределить нагрузку при активных наклонах в сторону и перекладывании груза, при этом разгружаются плечи и мышцы спины и снижается компрессионное воздействие на позвоночник, следовательно, обеспечивается комфортное использование экзоскелета при активных наклонах человека в сторону и перекладывании грузов.
Кроме того, пассивный экзоскелет оказывает «дисциплинирующее» действие и формирует правильную осанку при активной работе. Этот фактор является одним из ключевых и позволяет уменьшить негативное влияние на поясничный отдел.
Пассивный экзоскелет не содержит каких-либо приводов и источников питания, которые требовали бы время от времени «подзарядки». Поэтому время непрерывной работы такого механизма неограниченно.
Предлагаемая конструкция пассивного экзоскелета проста и имеет невысокую стоимость.
Предлагаемый пассивный экзоскелет может найти применение в металлургии, машиностроении, строительстве, МЧС и в других отраслях, где требуется работа с грузом и активными наклонами.