ЭКЗОСКЕЛЕТ ПАССИВНЫЙ

Полезная модель относится к средствам передвижения и устройствам, облегчающим перемещение грузов и предназначенным для усиления физических возможностей человека, в частности для транспортировки тяжелых грузов.
В мире существует огромное число конструкций, имитирующих скелет человека и помогающих ему ходить, переносить тяжести. В основном подобные устройства отличает: ограниченность в движениях, наличие электрической батареи и двигателей с редукторами, большое число шарниров имитирующих суставы и элементов идущих параллельно скелету и связанные с конечностями, датчики движений, электрические контроллеры, программы имитации движений и как результат - сложность конструкции, более крупные габариты, большая масса, недостаточная подвижность корпуса, зависимость от источников питания, более высокие требования к техническому обслуживанию.
Из уровня техники известен экзоскелет (см. патент RU №2567589 на изобретение, опубл. 10.11.2015).
Экзоскелет содержит одетый на человека корсет, траверсу, вмонтированную в него, закрепленную на тазобедренной части, опирающуюся своими концами на составленные из звеньев опорные стойки, башмаки, связанные со стойками, шарниры и упорные подшипники, размещенные на траверсе и башмаках, в которых вращаются цапфы кривошипов, установленных на концах стоек, ведущий вал, вращающийся в установленном на траверсе шарнире, механизм синхронного поворота кривошипов, соединенный посредством рычагов с мышцами человека, являющимися приводом, и дополнительный привод с блоком питания. На верхних и нижних звеньях стоек размещены шарниры и упорные подшипники, в них вращаются шейки кривошипов. Шейки кривошипов между собой соединены гибкими валами. Звенья стоек соединены посредством шарниров, снабженных механизмами поворота, которые соединены гибкими валами с помощью пульта управления с мышцами и дополнительным приводом. Траверса с башмаками связана упругими муфтами и демпферами.
Известный экзоскелет не предназначен для переноски тяжестей (груза), используется только в медицине для помощи человеку в движении и реабилитации. Кроме того, экзоскелет имеет сложную конструкцию с шарнирами, подшипниками, рычагами и приводами.
Из уровня техники известно устройство для лечения больных с последствиями поражениями центральной нервной системы и с повреждением опорно-двигательного аппарата (см. патент RU №2165752 на изобретение, опубл. 27.04.2001).
Устройство состоит из отдельных модулей, выполненных с возможностью самостоятельного использования. Первый модуль представляет собой реклинатор, выполненный в виде изогнутой ленты, первые концы которой соединены между собой, а вторые концы закреплены на этой ленте с образованием двух лямок для размещения на плечах пользователя. Второй модуль представляет собой корригирующий корсет, приспособленный для коррекции позвоночника без нагрузки. Третий модуль представляет собой корригирующее приспособление для нижних конечностей, содержащее по меньшей мере одну первую часть, представляющую собой комплексный бандаж бедра и голени, имеющий две гибкие полосы для фиксации соответственно над коленным суставом и под коленным суставом, по меньшей мере одну вторую часть, представляющую собой корригирующее приспособление для голеностопного сустава и пальцев ноги, имеющее первую и вторую гибкие полосы для размещения соответственно на лодыжке и стопе, и по меньшей мере одну третью часть, представляющую собой единый мысково-подошвенный элемент. При этом устройство может иметь четвертый модуль, содержащий по меньшей мере одну первую часть, представляющую собой комплексный бандаж плеча и предплечья, имеющий две гибкие полосы для фиксации соответственно над локтевым суставом и под локтевым суставом, и по меньшей мере одну вторую часть, представляющую собой единый корригирующий элемент для ладони и большого пальца руки.
Известное устройство не предназначено для переноски тяжестей (груза), используется только в медицине. Кроме того, экзоскелет имеет сложную конструкцию в виде отдельных модулей.
Из уровня техники известен пассивный грузовой экзоскелетон (см. патент RU 2362598 на изобретение, опубл. 20.03.2009).
Изобретение относится к удовлетворению жизненных потребностей человека и может быть использовано в туризме, спорте, при проведении спасательных и армейских операций. Изобретение направлено на максимальную разгрузку организма человека при повышенной подвижности и безопасности перемещения. Пассивный грузовой экзоскелетон содержит каркас с элементами крепления к туловищу, две пары тазобедренных и голеностопных рычагов, соединенных между собой посредством коленных шарниров с элементами фиксации и шарнирно связанных свободными концами с каркасом и опорами стоп. Каркас выполнен в виде двухчастного корсета с укрепленными на нем продольными направляющими, переходящими с передней на заднюю часть корсета. Соединение рычагов с каркасом осуществляется посредством компенсатора, установленного с возможностью перемещения по направляющим при изменении угла между каркасом и тазобедренным рычагом. Рычаги выполнены в виде пространственных оболочек, размещаемых с возможностью фиксации на передней части бедра и голени элементами крепления. Элемент крепления к опорам стоп выполнен в виде шарнирного узла, фиксируемого на обуви с возможностью поворота стопы вокруг трех осей координат.
Недостатками известной конструкции являются:
- недостаточная подвижность корпуса;
- сложность и вес узлов, увеличивающих массу устройства;
- требовательность к обслуживанию (по сравнению с заявленным устройством), а, следовательно, недостаточно высокие эргономические характеристики использования и безопасности перемещения, например, нет возможности легкого разъединения отдельных узлов экзоскелета;
- сложность конструкции;
- малая нагрузочная способность;
- значительные усилия для приведения в движение.
Целью и задачей создания полезной модели является:
- охрана здоровья и повышение эффективности выполнения задач людьми, занятыми переноской тяжелых (более 40 кг.) грузов или оборудования в условиях и ситуациях, где использование дополнительных средств механизации и внешних источников энергии затруднено или невозможно.
Техническими результатами заявленной полезной модели являются:
- уменьшение ощущения веса груза человеком в состоянии покоя (стоя);
- уменьшение дискомфорта человека при переноске груза;
- снижение нагрузки на суставы и увеличение силы и выносливости;
- возможность человека преодолевать с грузом большие расстояния;
- упрощение конструкции.
Технические результаты, а также цель (задача) заявленной полезной модели достигаются тем, что экзоскелет пассивный состоит из: стоп, выполненных в виде стремя - подобных узлов с возможностью передачи нагрузки от груза опорной поверхности, голеней, выполненных в виде регулируемых по длине рычагов, связывающих узлы стоп и коленей, при этом колени выполнены в виде скоб с горизонтальной, поперечной осью вращения, связи узлов голеней и бедер и содержат настройку под Х-образность ног, стяжек на голенях, охватывающих голени человека, при этом бедра выполнены в виде регулируемых по длине рычагов, связывающих узлы коленей и пояса, при этом пояс выполнен в виде коромысло-образной детали, подобной тазовым костям человека, с двух сторон которой крепится бедренные рычаги, а посередине - рессора спины в виде плоской балки прямоугольного сечения, передающей нагрузку от плечей и грузового крюка к поясу, при этом плечи выполнены в виде пространственных деталей, по форме напоминающих отложенный ворот шубы и воспринимающих нагрузку от положенного на плечи груза и передающих нагрузку на спинную рессору, при этом крюк грузовой выполнен с функцией сброса груза и возможностью крепления грузов с помощью подвеса из системы ремней и передачи нагрузки от веса груза на спинную рессору.
Признаки и сущность заявленной полезной модели поясняется в последующем детальном описании, иллюстрируемом чертежами (см. фигуры 1 и 2), где показано следующее.
На фиг.1 представлена конструкцияэкзоскелета пассивного (вид спереди).
На фиг.2 представлена конструкция экзоскелета пассивного (вид сзади).
На фигурах 1 и 2 одинаковыми ссылочными позициями показано следующее:
1 - стопы - стремя-подобные узлы;
2 - голени - регулируемые по длине рычаги;
3 - колени - скобы;
4 - стяжки на голени;
5 - бедра - регулируемые по длине рычаги;
6 - пояс - коромыслообразная деталь;
7 - бедренные рычаги;
8 - спина - рессора спины;
9 - плечи;
10 - крюк грузовой.
Заявленный пассивный экзоскелет состоит из рычагов и их сочленений, располагающихся снаружи человека и повторяющих, и дублирующих опорный аппарат человека.
Стопы (1) выполнены в виде стремя-подобных узлов (см. фиг. 1 и 2) передают нагрузку от груза опорной поверхности. Голени (2) - регулируемые по длине рычаги связывают узлы стоп (1) и коленей (З).Стяжки (4) на голенях (2) охватывают голени (2) человека и позволяют анимировать изделие синхронно с движениями человека. Колени (3) выполнены в виде скоб с горизонтальной, поперечной осью вращения связывают узлы голеней (2) и бедер (5). Узлы содержат настройку под Х-образность ног. Бедра (5) выполнены в виде регулируемых по длине рычагов, связывающих узлы колен (3) и пояса (6). Пояс (6) выполнен в виде коромысло-образной детали подобной тазовым костям человека, к которой с двух сторон крепятся бедренные рычаги (7), а посередине - рессора спины (8). Спина (8) - рессора спины выполнена в виде плоской балки прямоугольного сечения, передающей нагрузку от верхних деталей: плечи (9) и грузовой крюк (10) к поясу (6). Плечи (9) выполнены в виде пространственной детали по форме, напоминающей отложенный ворот шубы, с возможностью воспринимать нагрузку от положенного на плечи (9) груза, оборудования или тяжелого обмундирования и передающей нагрузку на спинную рессору (8). Крюк (10) грузовой с функцией быстрого сброса груза предназначен для крепления на нем всевозможных грузов с помощью подвеса из системы ремней и выполнен с возможностью передачи нагрузки от веса груза на спинную рессору (8). В случае необходимости оператор может, дернув за аварийный фал, вызвать поворот крюка (10) в положение сброса груза и освободиться от нагрузки.
Заявленное устройство предназначено для увеличения физических возможностей человека при переноске груза путем перенаправления значительной части усилий от веса нагрузки через рычаги и сочленения устройства на опорную поверхность, минуя опорно-двигательную систему человека.
Устройство работает за счет мышечной энергии человека без использования каких-либо дополнительных источников энергии и движителей.
Заявляемая конструкция позволяет продолжительное время переносить тяжести на большие расстояния, с приложением минимума усилий и без вреда для здоровья. При этом конструкция предполагает возможность легкого отсоединения груза.