Honda to Showcase Experimental Walking Assist Device at BARRIER FREE 2008 April 22, 2008; Honda создала портативный экзоскелет. Рукастый парень из Канады Джеймс «Hacksmith» Хобсон построил за лето экзоскелет, позволяющий поднять 78-килограммовый груз без особых усилий. Экзоскелет в котором можно приподнимать. Канадский изобретатель Джеймс Хобсон. Экзоскелет — состояние проблемы и перспективы внедрения в систему абилитации и реабилитации инвалидов (аналитический обзор). Поздняков. Волгоградский государственный медицинский университет. ФУВ. Волгоградский медицинский научный центр. Волгоградский государственный технический университет. Из анализа 1. 08 источников отечественной и зарубежной литературы выявлено, что приоритетными областями применения экзоскелетов являются военная промышленность и реабилитационная медицина. Большинство созданных экзоскелетов не могут найти массовое применение для реабилитации больных с ограничением функций верхних и нижних конечностей из- за большой массы конструкции, зависимости от источников внешнего питания, значительной их стоимости. Установлено, что наиболее приемлемым для реабилитации является конструкция пассивного экзоскелета, основными группами нуждающихся в экзоскелетах являются пациенты, страдающие парезами верхних и нижних конечностей. Pozdnyаkov. The review of 1. Модели с активным принципом работы используют в качестве источника энергии внешние устройства, тогда как механика пассивных экзоскелетов основана на использовании кинетической энергии и силы человека. В доступной нам литературе мы нашли свидетельства их широкого применение в военных целях. При этом из- за секретности разработок особенности их конструкции невозможно проанализировать. Максимальное количество таких разработок приходит- . Пентагон: экзоскелет HULC (США), позволяющий солдату быстро перемещаться с грузом по пересеченной местности, при этом отмечается высокая скорость перемещения. HULC помогает не только переносить, но и поднимать груз с земли. Но при этом масса устройства — 2. Слово « экзоскелет » от греческогоКонструкция экзоскелета увеличивает массу снаряжения солдата на 2. Эксплуатация устройства ограничивается климатическими условиями — высокой и низкой температурами. Обслуживание и ремонт HULCа могут проводить только специалисты . Экзоскелет представляет собой специали- . Выпуск 2 (5. 4). 2. Ключевые слова: пассивный экзоскелет; активный экзоскелет; парез; инвалид. Honda to Showcase Experimental Walking Assist Device at BARRIER FREE 2008 April 22, 2008; Honda создала портативный экзоскелет . Рукастый парень из Канады Джеймс «Hacksmith» Хобсон построил за лето экзоскелет, позволяющий поднять 78-килограммовый груз . У разработанного экзоскелета есть существенный недостаток—конструкция требует постоянной связи с источником энергии. Масса конструкции 7. Как видно, описанные экзоскелеты направлены на увеличение выносливости, силы как верхних, так и нижних конечностей у здоровых людей, а именно военных. Примером могут служить экзоскелеты Re. Walk, REX, HAL, e. LEGS, конструктивные особенности которых направлены на помощь людям, имеющим сложности в передвижении. Re. Walk (ARGO Medical Technologies, Израиль). Позволяет людям с параличом нижней половины тела (нижний парапарез) вставать на ноги и ходить, опираясь на палки. Работа конструкции Re. Walk основана на датчиках, улавливающих наклон тела вперед и передающих сигнал к поддерживающим ноги приборам. Цена аппарата составляет 1. Питание осуществляется от аккумулятора, размещенного в специальном рюкзаке за спиной. Применение конструкции возможно только у лиц с сохраненными функциями верхних конечностей . Обеспечивает дополнительную поддержку тела человека в пространстве при перемещении. Управление осуществляется при помощи джойстика и планшета. Вес экзоскелета — 3. Огромный вес аппарата и его высокая себестоимость—1. США—делают его недоступным для массового применения . Предназначен для пожилых людей и инвалидов, испытывающих затруднения в передвижении. Однако общий вес конструкции равен 2. Кроме того, аккумуляторная батарея весит 1. Стоимость изделия — 4. США . Специальный гидравлический экзоскелет, предназначенный для пациентов с частично парализованными нижними конечностями. Конструкция позволяет им передвигаться с использованием костылей или специальных ходунков. В основе его работы — интерфейс- аппаратно- программный комплекс, который использует естественное человеческое движение, чтобы безопасно перевести его в действие экзоскелета с помощью микрокомпьютера . Это фрагмент экзоскелета Titan Arm, конструкция компактна, дешева в производстве (элементы экзоскелета напечатаны на 3. D- принтере). Конструктивные особенности этого проекта попадают под патентную охрану и не представлены конкретными чертежами . Данное устройство поможет человеку переносить тяжести (типа рюкзак, бронежилет, защита сапера, снаряжение пожарного) массой 5. Минимальные размеры и вес устройства (от 2 кг), эргономичность, неприхотливость в обслуживании сделают его незаменимым помощником в длительных экспедициях, военных марш- бросках, в районах с чрезвычайной ситуацией. Основной материал, из которых сделан экзоскелет, — углепластик, придающий изделию большую прочность и малый вес. Также экзоскелет может использоваться при ранениях опорно- двигательного аппарата, позволяя человеку перемещаться на значительное расстояние с поврежденной нижней конечностью, вплоть до перелома, зафиксировав ее дополнительно бинтами или ремнями выше и ниже повреждения на К- 2. При использовании К- 2 человек получает дополнительную защиту нижних конечностей и позвоночника от механических повреждений. При этом разработчики этой системы отмечают возможность ее использования у инвалидов, с нарушением функции нижних конечностей . Модификация экзоскелета — Exo. Atlet P- 1 — создана для снятия нагрузки с бойцов при переноске штурмового щита. Конструкция данной версии экзоскелета снабжена устройством для фиксации и быстрого снятия щита, что крайне важно во время боевых действий. Среди показаний для его использования предлагаются. С помощью «Экзо. Атлет» пациенты получают возможность ходить, подниматься и спускаться по лестницам, садиться и вставать без посторонней помощи. По мнению разработчиков, «Экзо. Атлет» — это решение проблемы симбиоза человека и машины на уровне механо- тактильного взаимодействия. Это интеграция человека и робота . Он включает в себя гибкие искусственные мышцы, легкие сенсорные датчики и управляющее программное обеспечение. Изготовлен аппарат из мягкого эластичного полимера. Три его цилиндрических искусственных мышцы соответствуют мышцам передней части голени и одна — задней. Искусственные сухожилия (стальные кабели) протянуты от концов этих мышц вниз к стопе и служат для перемещения лодыжки. Каждый датчик состоит из резинового пласта, содержащего микроканалы, заполненные жидким проводником из металлического сплава. Форма этих каналов изменяется, когда эластичный материал растягивается или- сжимается, тем самым изменяя электрическое сопротивление металла. Когда изменение сопротивления зарегистрировано, программное обеспечение может установить положение голеностопного сустава. Подвижность обеспечивается благодаря гибким материалам, но гибкость представляет определенную проблему: такое устройство гораздо тяжелее контролировать, чем экзоскелет из привычных жестких материалов. Поэтому и датчики здесь должны быть чувствительнее, и способы контроля более точными. Лабораторные тесты показали, что устройство в состоянии передвигать лодыжками испытуемых в достаточном для нормальной ходьбы 2. Но это только опытный образец, в настоящее время ученые пытаются усовершенствовать конструкцию так, чтобы пациентам с реальными проблемами подвижности было удобнее носить аппарат . При использовании экзоскелетов подобного типа уменьшаются метаболические затраты, возникающие при ходьбе . Принципы работы такой системы: «желание» человека сместить куда- либо руку (плечо, кисть) машина обнаруживает благодаря неинвазивной поверхностной электромиографии — набору датчиков, снимающих биотоки, командующие мышцами. Естественную неуловимую глазом задержку между появлением первых миоэлектрических сигналов и фактическим началом движения той или иной мышцы компьютер использует, чтобы успеть вычислить предполагаемое смещение руки, применяя свою цифровую модель человеческой конечности (дополнительно задействуется обратная связь от датчиков фактической позиции и скорости частей машины). В результате приводы ко- стюма- робота срабатывают абсолютно синхронно с сокращениями мышц и «давят» в ту сторону, в какую носитель аппарата желает согнуть свою руку. Однако система управления («биопорт») несовершенна. Чувствительный к миотокам костюм способен повышать силу мышц конечностей у людей, страдающих нейродегенеративными заболеваниями. По мнению авторов, данная система не совершенна и нуждается в дальнейшей доработке . Конструкции, аналогичные приведенной выше, были использованы и в работах других авторов. При этом они старались устранить целый ряд выявленных недостатков прототипа . В основном их можно сгруппировать по следующим направлениям. Данная конструкция получила название WREX — Wilmington Robotic Exoskeleton (Уилмингтонский роботизированный экзоскелет). Она ориентирована на детей со слабостью верхних конечностей и представляет собой подвижную систему поддерживающих соединений, которая устанавливается на активные суставы и мышцы ребенка с помощью инвалидной коляски или специальной куртки- жилета. Движение конечности осуществляется с небольшим. Выпуск 2 (5. 4). Конструкция позволяет осуществлять движения с ограниченной амплитудой в трех измерениях. Однако данная модель доступна только в США, а конструкция экзоскелета нуждается в постоянной адаптации его к анатомическим параметрам ребенка. Подробная конструктивная информация по данной разработке в опубликованных материалах не представлена, что делает его реализацию без проведения дополнительных исследований практически невозможной . Часть из них находятся в стадии проектирования, так В. В доступной литературе мы не нашли требования, предъявляемые к экзоскелетам, у людей с потерянными функциями верхней конечности, поэтому мы попытались их сформулировать, исходя из строения и функции здоровой конечности. Для этого мы обобщили материал по активной и пассивной амплитуде движений верхней конечности у здорового человека и ее потере при различных состояниях. В результате, мы выяснили, что для пациентов, имеющих выраженные ограничения активной подвижности в верхних конечностях, необходимо создать экзоскелет, обладающий объемом движений, приближенным к показателям здорового человека. Фрагменты конструкции должны повторять строение верхней конечности человека. Конструкция должна быть легкой и в то же время прочной. Экзоскелет должен быть изготовлен из безопасных материалов. Экзоскелет — Циклопедия. Экзоскелет — внешний силовой каркас (греческий: . Появился 5. 50 млн лет назад. В быту вероятнее увидеть у таракана, паука, речного рака. С XX века создаются искусственные экзоскелеты для человека. Англ.: Powered exoskeleton: силовой экзоскелет. Экзоскелет имеет: копирующие манипуляторы рук, ног с зажимами; датчики силы; источник энергии. Человек жмет датчики силы рук, ног: датчики включая привод убегают от человека двигая руками, ногами экзоскелета. Используют пропорциональные (плавно меняют выходной сигнал пропорционально входному действию) датчики короткого (для уменьшения задержки управления экзоскелетом) хода (тензодатчики). Для быстродействия приводов экзоскелет может иметь систему пружин. В системе защиты экзоскелета от падения могут быть пружины. Приводами экзоскелета внешняя среда управляет человеком, если его сила в установленном масштабе (от линейки резисторов, конденсаторов, колебательных контуров или графика в софте) меньше сил приводов экзоскелета. Это двухсторонняя силомоментная пропорциональная отрицательная обратная связь: можно сделать в режиме копирующего манипулятора без сложной электроники, без компьютера — так канадские разработчики частично (нога экзоскелета + электродистанционный интерфейс) построили экзоскелет электродистанционный Prosthesis. Двухсторонняя силомоментная отрицательная обратная связь соединяет части- А- В машины 2 каналами связи + 2 привода (актуатора) + 2 датчика угла (перемещения) + 2 датчика силы (давления). Канал- 1 разностью углов (перемещений) датчиков частей- А- В найдет знак перемещения привода. По знаку канал- 2 уравняет цифры датчиков углов, сил двигая приводом часть машины, где меньше сила. Без датчиков силы двухсторонняя отрицательная обратная связь работает, но больше расход энергии, амплитуда паразитных колебаний; сила захвата, прижима резко колеблется 0- 1. При требовании малой задержки управления электродистанционная двухсторонняя отрицательная обратная связь передает не 2, а 4 канала: угол (перемещение) + угловая скорость (скорость перемещения) + сила (момент) + скорость изменения силы (скорость изменения момента). Двухстороннюю силомоментную отрицательную обратную связь называют: электродистанционная система управления: силу (давление), угол (перемещение) передает только линия связи без прямой механической связи. В списке функций: ограничения, калибровка, самодиагностика, тесты, отключение неисправного канала дублирования.. Режимы отрицательной обратной связи копирующих манипуляторов: режим однодатчиковый: привод силу датчика держит постоянной, 2- й датчик силы обратному движению не нужен. Экзоскелету без электродистанционной системы управления датчики угла (перемещения) не нужны. Только датчики силы (давления): сила привода экзоскелета пропорциональна приложенной человеком силе. Вероятнее формула: изменение сигнала датчика + электроусилитель = изменение силы тока (напряжения) обмотки магнитореологической муфты сцепления электромеханического привода экзоскелета. На идею: человек в костюме с копирующими манипуляторами вешает на самолет бомбы, ракеты, навело серийное производство 1. B- 2. 9 «Суперкрепость» по проводам дистанционно наводил на цель пулемёты. General Electric воплощали в 1- й в мире экзоскелет Hardiman (1. Космоса. С силой человека 4,5кг рука Hardiman поднимала 1. Вибрацию сегодня убирают гидроаккумуляторы у клапанов; уменьшая трение; увеличивая диаметр, жесткость магистралей высокого давления; рабочей жидкостью с высокой скоростью звука. XOS (конструктор Стивен Якобсен) создала (грант DARPA от 2. Sarcos: известна робот- динозаврами для съемок фильма «Парк Юрского периода». Sarcos + экзоскелет XOS купила военная корпорация Raytheon. Привод на аккумуляторе тяжел, боится холода. Raytheon сделала экзоскелет XOS- 2 мобильным (публично не представлен, работа до 8ч), добавив двигатель внутреннего сгорания. Приводы японских экзоскелетов скопированы у андроида Honda Asimo (Asimo прыгает с аккумулятором на 1 ноге): электромотор- маховик постоянного вращения крутит 2 магнитореологические муфты сцепления на 1 валу (обратный ход от способа соединения тросов к руке, ноге экзоскелета). Магнитореологическая муфта сцепления- 1 включает волновый редуктор- 1. Магнитореологическая муфта сцепления- 2 включает волновый редуктор- 2. Шкив выходного вала редуктор- 1 тянет трос сгибателя руки (ноги) экзоскелета. Шкив выходного вала редуктор- 2 тянет трос разгибателя руки (ноги) экзоскелета. Муфты работают в постоянной малой противофазе управляемой компьютером по нагрузке для постоянной (автомат стабилизации силы) компенсации упругих деформаций экзоскелета, всех зазоров привода: задержка управления (0,0. Так работает японский экзоскелет «HAL». Страны- разработчики экзоскелетов: Япония, США, Франция, Корея, Израиль, Россия, Китай. Т. к. Тросовые редукторы требуют больше площади муфты сцепления. В отличие от зубчатых тросовые редукторы не дают помех автомату стабилизации силы (автомат отрицательной обратной связью уравнивает знак роста силы привода с знаком заданным пользователем + алгоритмы софта) привода. Часть разработчиков считает микротурбины лучщим источником энергии военного, грузоподъемного (замена крана, погрузчика в помещениях с низким потолком), спасательного, пожарного, других экзоскелетов. Газотурбинный двигатель 1,7 раз легче, вдвое компактнее поршневого двигателя равной мощности, 1. Цифры с авиастроения более впечатляют), не передает вибрацию на экзоскелет. КПД газотурбинных двигателей превысил КПД дизелей в авиа и судостроении. В подводных экзоскелетах микротурбина может работать на гидрореагирующем (окислитель вода) топливе, как в торпедах. В режиме ожидания (работа сетевой информационной системы с датчиками, приводы бесшумной точной наводки оружия, кондиционер, отопитель, функция стартер. Для микротурбин в помещении возможно топливо с неядовитым твердым (сбор фильтром) выхлопом на экзотермической (с выделением тепла) реакции с кислородом или азотом (в азоте горят магний, бор, другие вещества). Экзоскелеты незаменимы в быстрой доставке снарядов зениток (самих зениток, ракет) на крышах по лестницам многоэтажных зданий. В городских боях важна способность экзоскелетов нести броню (рикошетные пули, осколки, отраженные ударные волны), тяжелые пулеметы, боезапас. Реализм ощущений оператора, безопасность окружающим дает малое усиление в работе экзоскелета с небольшим весом. Больше груз — больше усиление. После марш- броска на 6. С 2. 00. 4г в продаже ($4. HAL»: работает 2,5ч, вес 2. Есиюки Санкаи.«HAL» 1- й в мире бионический экзоскелет: слабые биотоки (0,1- 0,7. В задержка 0,0. 5сек) мышц на коже рук, ног электроусилителями (включают приводы) двигают экзоскелет. Ожидают экзоскелеты с нейроинтерфейсом: приводы экзоскелета двигают сигналы выходных (для мозга) нервных волокон, выходящих с межпозвоночных отверстий (на уровне плеч, таза) позвоночника. Их снимут бесконтактные (решат проблему отторжения электродов) датчики с усилителями. Инвалиды в седле шагающего экзоскелета получат свободу работы руками, ногами. Сигналы датчиков силы (и тактильные сигналы искусственной кожи протеза кисти в экзоскелете) экзоскелета компьютер переведет в биоформат импульсов (нервных волокон рук, ног) мозга инвалида. В компьютере информация о биоформате (тесты генератором импульсов) сигнала каждого нервного волокна, идущего в мозг. Сигналы датчиков экзоскелета в биоформате компьютер направит в нервные волокна рук, ног, входящие в межпозвоночные отверстия (на уровне плеч, таза) позвоночника. Передача сигнала в входные нервные волокна бесконтактно (метод индуктивной или емкостной наводки серии СВЧ- импульсов: симуляция одиночного импульса нервного волокна), решит проблему отторжения электродов. Интерфейс «нервные волокна — экзоскелет», подключенный в радиодиапазоне к компьютеру экзоскелета инвалида, обеспечит требуемую физиологией (пользование экзоскелетом без обучения) человека задержку управления экзоскелетом не больше 0,1сек, определяемую средней частотой (альфа- ритм мозга) опроса мозгом биодатчиков процентного удлинения мышц человека 1. Гц. ЗАО «Экзороботикс» (Россия) разработал экзоскелет Экзо. Атлет (Exo. Atlet) для реабилитации людей с нарушениями опорно- двигательного аппарата: реализации в нем обратной связи приводов экзоскелета с слабыми биотоками мышц на коже человека (как в «HAL»), или двухсторонней силомоментной обратной связи экзоскелетов работающих рук инвалида с механическими ногами экзоскелета не оказалось. Только вручную переключаемый софт без прямого управления человеком в реальном времени. Экзоскелет для инвалидов от НИИ «Институт живых систем» Нижегородского государственного университета им. Лобачевского управляет направлением, длиной шага по сигналам (углы, угловая скорость, векторы, перемещения) 3. D- гироскопа на спине человека: наклон туловища вперед увеличивает длину шага; наклон вбок перемещает центр масс вбок от точек опоры ступней; поворот туловища от вертикали управляет фазой, ускорением и длиной шага. ОАО «ЦНИИТОЧМАШ» представил экзоскелет для наводки (без гиростабилизации) стрелкового оружия. Научный фонд Швейцарии организует в Женеве 2. Кибатлон (Cybatlon): Олимпиада инвалидов. Награды для пилотов, разработчиков экзоскелетов. Серийный выпуск экзоскелетов приведет к международным требованиям оснащать экзоскелеты подушками безопасности с датчиками; зеркалами заднего вида; располагать силовой каркас экзоскелета спереди (управление параллелограммными тягами или шкив- тросовыми механизмами), а не сзади пользователя, на случай если на полной скорости экзоскелет ударится о препятствие или споткнется, раздавит своей твердой массой сверху спины пользователя. С каркасом экзоскелета спереди человека передача экзоскелету сил, углов рук, ног человека без кинематических пропорций с экзоскелетом не влияет на кинематическую полнофункциональность экзоскелета. Неизбежны международные нормы задержки управления экзоскелетом по его массе, мощности, назначению.
0 Comments
Leave a Reply. |
Details
AuthorWrite something about yourself. No need to be fancy, just an overview. Archives
December 2016
Categories |