DIY eksoskelett

Kuidas saate ise eksoskeleti rakendada?

Et see oleks metsikult tugev, nagu ma aru saan, tuleks jääda hüdraulika juurde.
Hüdraulikasüsteemi töötamiseks vajate:

- vastupidav ja liigutatav raam
- minimaalselt vajalik komplekt hüdraulilised kolvid (ma nimetan neid lihasteks)
- kaks vaakumpump, kaks toruga ühendatud klapisüsteemiga survekambrit.
-torud, mis taluvad kõrget survet.
-toiteallikas eksoskelett
Klapisüsteemi juhtimiseks:
-Väike surnud arvuti
-umbes 30 andurit seitsme (näiteks) kraadiga, mis on proportsionaalsed klapi avatuse astmetega
- spetsiaalne programm, mis suudab lugeda andurite olekuid ja saata vastavaid käske klappidele.

Miks seda kõike vaja on:

- "lihased" ja raam on tegelikult kogu lihas-skeleti süsteem.
- vaakumpumbad. miks kaks? nii et üks suurendab survet survekambrites, torudes ja lihastes ning teine ​​vähendab seda.
-toruga ühendatud survekambrid. ühes suurendage rõhku teisel, vähendage ja varustage toru klapiga, mis avaneb ainult kahel juhul: võrdsustab rõhku, tagades vedeliku tühikäigu.
-ventiilid. see on lihtne ja tõhus süsteem juhtimine, mis sõltub rõhust rõhukambris ja arvuti juhtimisest. rõhu suurendamine survekambris, avades "pinges lihaste" kanalite klapid, võimaldab teil teha teatud toiminguid, suurendades survet hüdrokolbidele, skeleti (raami) liikuvatele osadele.

Andurid, miks umbes kolmkümmend jalgadele, kolm jalgadele, kuus kätele ja 4 seljale? kuidas neid korraldada? jäsemete liikumise vastu. nii et ettepoole lükatud jalg avaldab seestpoolt survet eksoskeletile ja selle siseküljel olevale andurile. Selgitan lähemalt, miks see nii on.
- arvuti koos programmiga. Arvuti ja programmi põhiülesanne on tagada, et andurid ei kogeks survet, siis ei tunneks sees olev inimene eksoskeleti tarbetut vastupanu, mis püüab inimese liigutusi korrata sõltumata närvide, lihaste aktiivsusest. või muid biomeetrilisi näitajaid, võimaldades seeläbi kasutada palju odavamaid andureid kui näiteks kõrgtehnoloogilistes eksoskelettides. arvuti anduri signaalid tuleks jagada kahte rühma: tingimusteta juhtimisega hüdrosüsteem ja aktsepteeritakse ainult tingimusel, et tingimusteta juhtimisega vastasandur ei avalda survet. See teostus hoiab jalga põlvega maapinnal automaatse väljavenitamise eest, kui inimene seda ise ei siruta. Kuid selleks peab eksoskeletis olev inimene oma jala maast üles tõstma (või peab ta programmiliselt vähendama haigusseisundi käivitatud andurite tundlikkust). Jala näitena: asetage esiküljele tingimusteta signaaliga andurid ja tagaküljele tingimusteta signaaliga andurid. Kujutage ise ette, kuidas liigutus läbi viiakse. kui inimene painutab jalga, paindub eksoskeleti jalg ka siis, kui kogu inimese kaal on jalga pikendavatel anduritel. Siin saate kiirendusmõõturi (või mõne muu vestibulaarse seadmega sarnase seadme) abil programmiliselt seadistada andurite signaalide tingimusteta muutuse sõltuvalt keha asendist ruumis, välistades selili kukkumisel eksoskeleti väändumise.

Järgmiseks muuta tugevuse suurendamiseks käed kolmesõrmeliseks, tugevaks, saab kombineerida hüdraulika ja metallist kaabel. käsi peaks olema inimese käest eraldi, st randmeliigese ees, see välistab konstruktsiooniraskused, mis on seotud inimese käe olemasoluga eksoskeleti käes ega võimalda inimese kätt vigastada. kuna inimese jalg peaks olema eksoskeleti hüppeliigesel ja kaitstud.
- käsitsi juhtimine. veidi vaba ruumi kahe kolmandiku inimese käe ja sõrmede liikumisvabadusest eksoskeleti käes ja kolmest rõngast koosnev süsteem kaablitel, kolm sõrme väikesest sõrmest keskmise sõrmeni ühes, nimetis teine ​​ja pöial kolmandas. kogu juhtimine taandub sellele, et inimese sõrmed, liigutades neile pandud rõngast, kerivad anduriratast kaabliga, mille pöörlemisest sõltuvalt eksoskeleti sõrmed painduvad ja sirguvad. see välistab lisapingutust hüdraulika, et pikendada või painutada eksoskeleti sõrmi üle selle projekteerimisvõimaluste. Kasutage ühte kaablit kahe, ühe või kahe rõnga jaoks. Miks? sest sõrmi väikesest sõrmest nimetissõrmeni tuleb painutada ja lahti painutada ainult ühes suunas ja pöial kahes. Kui soovite, saate seda oma kätega kontrollida.

Toiteallikas eksoskelett- siin tuleb jälle välja kohutav jama. Lõppude lõpuks peate valima ainult toiteallika vajalikud arvutused, eksoskeleti disaini maksimaalne optimeerimine ja selle energiatarbimise mõõtmine.

Eksoskelett Esimest korda võib see muutuda massitarbijale kättesaadavamaks, tuues reaalset praktilist kasu. Viimased uudised sellel teemal avaldatud tööstusportaal Komposiidid täna!

Uus eksoskelett muudab kõndimise mugavamaks ja lihtsamaks. Seade on komposiitmaterjalidest valmistatud saapa ja ei vaja töötamiseks toiteallikaid!

Uus eksoskelett! Kuidas see kasulik on?

Ameerika arendajate rühm, mis koosneb Stephen Collins, Bruce Widgin Ja Gregory Savitsky tutvustas maailmale uut eksoskeletti ainulaadsete saabaste näol. Uus toode on huvitav kuna selle disain on loodud kasutades uuenduslikud materjalid ja see ei hõlma akude või väliste toiteallikate kasutamist. Need funktsioonid võimaldasid mitte ainult oluliselt vähendada seadme kaalu (iga saabas kaalub alla pooleteise kilogrammi), vaid muuta see ka täiesti autonoomseks!

Uuringud on näidanud, et "jalakäija" eksoskelett võib vähendada inimese energiatarbimist kõndimisel kuni 7%! See tulemus tõeliselt võib nimetada läbimurdeks! Kuigi esimesed katsed inimeste liikumist hõlbustada algasid eelmise sajandi 80ndatel, on tänapäeval autonoomsete seadmete seas selles küsimuses suurimat edu saavutanud vaid spetsiaalsed kummipaelad, mis on mainitud saabaste jõudlusest kaugel. Mis puutub eksoskeletidesse üldiselt, siis seda tüüpi üksusi on maailmas juba palju, kuid reeglina kasutavad need kõik kunstlikke energiaallikaid. See omakorda piirab liikumisvabadust ja autonoomiat.

Exoskeleton – saapad: kuidas see toimib (video)

Kuidas eksoskelett töötab saapade kujul on üsna lihtne. Süsinikkiust valmistatud seadmel on vedru, mis kinnitatakse jala külge mehaanilise seadme (põrkmehhanismi) kaudu tagaküljel veidi alla põlve. Eksoskeletil on kergest süsinikkiudmaterjalist raam, samuti vedru, mis ühendab jala tagaosa ülemine osa sääreosa (just põlve tagaosa all), kus see on ühendatud mehaanilise siduriga. Kui Achilleuse kõõlus on venitatud, haakub varrukas ülemisse asendisse ja vedru venib nagu kõõlus, salvestades energiat. Kui kõnnijalg on langetatud, liigub sidur alumisse asendisse, vedru lõdvestub, vabastades elastse energia, mis surub siduri uuesti üles, alustades järgmist tsüklit. IN üldine vaade Eksoskeleti töötsükkel koosneb järgmistest etappidest:

1. Põrkmehhanism haakub;
2. Vedru nõrgeneb, vabanenud elastsusenergia surub põrkmehhanismi ülespoole;
3. Põrkmehhanism on fikseeritud kõrgeimas punktis;
4. Kui kaal liigub, venib vedru;
5. Vedru saavutab maksimaalse pinge;
6. Põrk vabastatakse, jalg liigutatakse sammu võrra edasi ja tsükkel kordub.

Tuleb märkida, et teadlased on selle projektiga tegelenud juba aastaid. Prooviti palju disainivõimalusi ja materjale. Lõppkokkuvõttes langes valik süsinikkiudu kasutavale komposiitmaterjalile.

Esitatud näidist võib pidada läbimurdeks tööstuses ja valmis (ühel või teisel määral). praktilise rakendamise Kuid teadlased ei piirdu sellega! Võimalused disaini täiustamiseks elektroonika kasutamise kaudu, mis võimaldab jälgida individuaalsed omadused kõndimine ja maastikuomadused (näiteks mäkke ronimine).

Lisaks loodavad uuendusliku eksoskeleti loojad teha koostööd spordivarustuse tootjatega, et saada rahalist ja tehnoloogilist tuge, mis võimaldab leiutist kommertsialiseerida. Eeldatakse, et eksoskeleti saapad ei maksa rohkem kui suusasaapad. Neid eeldusi arvestades võib oletada, et uus arendus leiab selgelt oma ostja ja on nõutud.

Eksoskeleti ajalugu

Ajaloo esimest seadet, mida võib liigitada eksoskeleti alla, võib nimetada Vene käsitöölise leiutiseks Nicholas Young. 1890. aastal tutvustas ta disaini, mis koosnes surugaasikottidest, et hõlbustada liikumist. Arusaadavatel põhjustel oli esimene eksoskelett äärmiselt primitiivne.

Järgmise sammu eksoskelettide väljatöötamisel tegi Ameerika leiutaja Leslie Kelly aastal 1917. Disain, nn pedomootor, kasutatud auruenergiat.

Esimene eksoskelett kaasaegne arusaam selle sõna töötas välja ettevõte 1960. aastal KindralElektriline USA relvajõudude vajadusteks. Seade kutsus Hardiman võimaldas tõsta kuni 110 kilogrammi raskusi, kasutades selleks pingutust, mis on võrreldav 4,5 kg raskuse tõstmisega. Eksoskeleti konstruktsioon hõlmas tööallikana hüdromehhanisme ja elektrit. Hardimanil oli aga ka mitmeid olulisi puudusi: suur omakaal (umbes 680 kg); madal kiirus; madal kontroll manipuleerimise üle. Tuleb märkida, et seda seadet pole kunagi testitud, kui inimene on sees, kuna see on kõrge riskiga testija elule ja tervisele.

1969. aastal töötati Jugoslaavias välja esimene pneumaatiliselt juhitav kõndiv eksoskelett.

Eksoskelett pärit DARPA(Foto: en.Wikipedia.org)

Saavutanud palju rohkem edu Monty Reed projekti kallal töötades DARPA. Reed sai viga langevarjuhüppes valesti. Haiglas toibudes luges ta raamatut Robert Heinlein « Tähelaevade sõdurid " Selles lakkab eksoskelett olemast sõduri võtmevarustus. Raamat inspireeris Reedit ja 1986. aastal esitleti maailma Eluülikond, mis on loodud projekti osana Pitman. Areng selles suunas jätkus. Üks viimaseid modifikatsioone oli LifeSUIT 14 eksoskelett, mis suudab täislaadimisel läbida 1 miili ja tõsta operaatori raskust kuni 92 kg.

2007. aasta jaanuaris sai teatavaks, et USA kaitseministeerium (Pentagon) oli esitanud tellimuse ja eraldanud Texase ülikoolile raha sõjaliseks kasutamiseks mõeldud uue eksoskelettide klassi loomiseks. Projekti raames plaaniti muuhulgas uurida tehislikke elektroaktiivseid polümeere, mis on mõeldud tugevusteguri suurendamiseks, konstruktsiooni massi vähendamiseks ja liikumise efektiivsuse tõstmiseks. Selle tulemusena on arendajad saavutanud märkimisväärset edu! Need põhinesid nailonniidil ja õngenööril. USAst pärit “polümeersed lihased” ületavad inimese lihaste võimeid 100 korda! Veelgi enam, nende hind on vaid 5 dollarit kilogrammi kohta, samas kui titaanist ja niklisulamitest valmistatud eksoskeleti lihased maksavad vähemalt 3000 dollarit 1 kg kohta.

Alates 2013. aasta lõpust on Venemaal aktiivselt uuritud eksoskelettide probleemi. Projekti nimega ExoAtlet eesmärk on luua meditsiinilistel eesmärkidel mõeldud mehhanism.

Miks on vaja eksoskeletti?

Mehhanism, mis võib hõlbustada inimese liikumist ja seda suurendada füüsiline jõud tõotab suuri väljavaateid!

Täna tuvastavad eksperdid 3 peamist valdkonda, kus eksoskeleti järele on suur nõudlus.

1. Esiteks on see - sõjatööstus! Tegelikult said eksoskeletid just siin oma esialgse tõuke arenguks ja edenemiseks. Disain aitab sõduril kanda rohkem raskust (sh relvi) ja kaitseb teda soomuskihiga.
2. Eksoskeletid võivad samuti tuua suurt kasu meditsiinilises segmendis. Need muudavad kahjustatud luu- ja lihaskonnaga inimeste elu lihtsamaks ja aitavad neil liikuda.
3. Kolmas valdkond, kus eksoskeletid on nõudlikud, on sarnaste struktuuride kasutamine töö jaoks. Näiteks ehitusel või peale- ja mahalaadimistöödel.

Seega võib väita, et eksoskelett – tulevikuüksus! Kui teil on paar miljonit dollarit, peaksite ilmselt mõtlema sellesse rahvamajanduse sektorisse investeerimisele.

Kas märkasite viga? Valige see ja vajutage Ctrl+Enter

Eksoskelett on väline raam, mis võimaldab inimesel sooritada tõeliselt fantastilisi toiminguid: tõsta raskusi, lennata, joosta suurel kiirusel, teha hiigelhüppeid jne. Ja kui arvate, et sellised seadmed on ainult peategelastel" Raudmees" või "Avatar", siis eksite sügavalt. Need on olnud inimkonnale kättesaadavad juba eelmise sajandi 60ndatest aastatest; pealegi saate õppida, kuidas eksoskelett oma kätega kokku panna! Siiski kõigepealt.

Eksoskelett: sissejuhatus

Täna saate hõlpsasti endale eksoskeleti osta – sarnaseid tooteid toodavad Ekso Bionics ja Hybrid Assistive Limb (Jaapan), Indego (USA), ReWalk (Iisrael). Aga ainult siis, kui sul on 75-120 tuhat eurot lisa. Venemaal toodetakse praegu ainult meditsiinilisi eksoskelette. Neid kujundab ja toodab ettevõte Exoatlet.

General Electricu ja Ameerika Ühendriikide sõjaväekorporatsioonide teadlased tegid eelmise sajandi kuuekümnendatel oma kätega esimese eksoskeleti. Seda kutsuti Hardimaniks ja see võis vabalt õhku tõsta kuni 110 kg koormat. Selle seadme selga pannud inimene koges selle käigus koormust, justkui tõstes 4,5 kg! Ainult Hardiman ise kaalus kõik 680 kg. Seetõttu polnud tema järele suurt nõudlust.

Kõik eksoskeletid jagunevad kolme tüüpi:

täielikult robotiseeritud;

• jalgade jaoks.

Kaasaegsed robotülikonnad kaaluvad 5–30 kg või rohkem. Need võivad olla aktiivsed või passiivsed (töötavad ainult operaatori käsul). Eesmärgi järgi jagunevad eksoskeletid sõjalisteks, meditsiinilisteks, tööstuslikeks ja kosmoseteks. Vaatame neist kõige tähelepanuväärsemaid.

Meie aja kõige muljetavaldavamad eksoskeletid

Loomulikult ei ole lähiajal võimalik selliseid eksoskeletone oma kätega kodus kokku panna, kuid tasub nendega tutvuda:

• DM (unistuste masin). See on täisautomaatne hüdrauliline eksoskelett, mida juhib selle operaatori hääl. Seade kaalub 21 kg ja suudab toetada kuni sajakaalulist inimest. Seni on seda kasutatud kesknärvisüsteemi haiguste või muude neuromuskulaarsete haiguste tõttu kõndima mittevajavate patsientide taastusraviks. Ligikaudne maksumus on 7 miljonit rubla.
• Exo GT. Selle eksoskeleti ülesanne on sama, mis eelmisel - see aitab inimestel, kellel on jalgade motoorsete funktsioonide patoloogiad. Omadused on sarnased eelmisele, hind on 7,5 miljonit rubla.
• ReWalk. Kutsutakse taas liikumist andma parapleegiaga inimestele. Seade kaalub 25 kg ja võib ilma laadimiseta töötada 3 tundi. Eksoskelett on saadaval Euroopas ja USA-s summas, mis võrdub 3,5 miljoni rublaga.
• REX. Täna saab seda seadet Venemaal osta 9 miljoni rubla eest. Eksoskelett annab jalgade halvatusega inimestele mitte ainult iseseisva kõndimise, vaid ka võimaluse püsti tõusta/istuda, end ümber pöörata, kuukõnnida, trepist alla minna jne. REX-i juhitakse juhtkangiga ja see võib töötada terve päeva laadimata.
• HAL (hübriidsed abijäsemed). On kaks versiooni – kätele ja kätele/jalgadele/kere. See leiutis võimaldab operaatoril tõsta inimesele lubatud 5 korda raskemat raskust. Seda kasutatakse ka halvatud inimeste taastusraviks. See eksoskelett kaalub vaid 12 kg ja selle laadimine kestab 1,0-1,5 tundi.

Kuidas teha oma eksoskelett: James Hacksmith Hobson

Esimene ja seni ainus inimene, kellel õnnestus väljaspool laborit eksoskelett konstrueerida, on Kanada insener James Hobson. Leiutaja on kokku pannud seadme, mis võimaldab tal vabalt õhku tõsta 78-kilogrammiseid tuhaplokke. Selle eksoskelett töötab pneumaatilistel silindritel, mida varustab energiaga kompressor ning seadet juhitakse kaugjuhtimispuldi abil.

Kanadalane ei hoia oma leiutist saladuses. Saate õppida, kuidas eksoskeletti oma kätega kokku panna, järgides tema eeskuju inseneri veebisaidil ja tema YouTube'i kanalil. Kuid pidage meeles, et sellise eksoskeleti poolt tõstetud raskus toetub ainult operaatori selgroole.

DIY eksoskelett: ligikaudne diagramm

Puuduvad üksikasjalikud juhised, mis võimaldavad teil eksoskeleti kodus hõlpsalt kokku panna. Siiski on selge, et selleks on vaja:

• raam, mida iseloomustab tugevus ja liikuvus;
• Hüdraulilised kolvid;
• hüperbaarilised kambrid;
• vaakumpumbad;
• toiteallikas;
• vastupidavad torud, mis taluvad kõrget survet;
• arvuti juhtimiseks;
• andurid;
• tarkvara, mis võimaldab teil saata ja teisendada teavet anduritest nõutud tööd ventiilid

Kuidas see kompositsioon ligikaudu töötab:

1. Üks pump peab rõhku süsteemis tõstma, teine ​​vähendama.
2. Klappide töö sõltub rõhust rõhukambrites, mille suurendamine/vähendamine hakkab süsteemi juhtima.
3. Andurite paigutus (jäsemete liikumise vastu): kuus - käed, neli - selg, kolm - jalad, kaks jalga (kokku üle 30).
4. Arvutitarkvara peaks kõrvaldama surve anduritele.
5. Andurite signaalid tuleb jagada tingimuslikeks (nendest saadav teave on kasulik, kui tingimusteta andur ei "rääki" kogetavast rõhust) ja tingimusteta. Nende elementide tingimuslikkust/tingimusteta saab määrata näiteks kiirendusmõõturi abil.
6. Eksoskeleti käed on kolme sõrmega, eraldatud operaatori randmest, et vältida vigastusi ja anda lisajõudu.
7. Toiteallikas valitakse pärast eksoskeleti kokkupanekut ja proovitestimist.

Seni ainult taastusravi vallas hakkavad need meie ellu juba sisenema. Ilmuvad leiutajad, kes suudavad ehitada sellise seadme väljaspool laborit. On täiesti võimalik, et lähitulevikus saab iga koolilaps Stalkeri eksoskeleti oma kätega kokku panna. Juba praegu on võimalik ennustada, et sellised süsteemid on tulevik.

Eksoskeletonid aitavad halvatutel kõndida, muudavad raske töö lihtsaks, kaitsevad sõdureid lahinguväljal ja annavad meile supervõimeid.

1. Activelink Power Loader

Activelink Power Loader on saanud nime filmist Aliens kuulsa eksoskeleti järgi. Activelinki pressiteate kohaselt on Activelink Power Loader loodud selleks, et kergendada rasket füüsilist tööd kandja jaoks, sõltumata vanusest, soost või suurusest. kuulsa Jaapani elektroonikatootja Panasonicu tütarettevõte.

2.HAL

HAL (Hybrid Assistive Limb) on Jaapanist pärit mehaaniline eksoskelett, mille on välja töötanud Cyberdine Inc. (jah, täpselt nagu need tüübid, kes seda kõike Terminaatoris alustasid), loodi prototüübina 1997. aastal ja seda kasutatakse nüüd Jaapani haiglates raskelt haigete patsientide abistamiseks nende igapäevatoimingutes. Samuti on teada, et 2011. aastal Fukushima-1 õnnetuse likvideerimisel kasutasid HAL-i Jaapani ehitustöölised ja isegi päästjad.

3. Ekso Bionics

14. Projekt “Kõnni uuesti”

2014. aasta jalgpalli MM-i Brasiilias avas vööst allapoole halvatud Juliano Pinto, kes sai õiguse MM-palli esimesena jalaga lüüa. See sai võimalikuks tänu tema ajuga otse ühendatud eksoskeletile, mille töötas välja Duke'i ülikool. See üritus on osa Walk Again projektist, mille lõi 150 inimesest koosnev meeskond, mida juhib tuntud neuroloog ja aju-masina liideste valdkonna juhtfiguur dr Miguel Nicolelis. Juliano Pinto arvas lihtsalt, et tahab palli lüüa, eksoskelett salvestas ajutegevuse ja aktiveeris liikumiseks vajalikud mehhanismid.