Экзоскелет коленного сустава картинки

Киберноги Honda притопали на завод перед визитом в дом престарелых

Когда речь заходит об экзоскелете для нижней части тела, а попросту — о киберштанах, нам почему-то вспоминается мульт «Уоллес и Громит». Одним из творений рассеянного и легкомысленного изобретателя Уоллеса были как раз самоходные портки, с которыми не раз случались забавные казусы: капризная вещица проявляла норов и была способна «прогулять» своего хозяина совсем не туда, куда он хотел бы.

Уоллес и Громит (Wallace and Gromit) на себе испытали, что такое «штаны с характером»
(кадры с сайта animated-views.com).

В каждой шутке, как известно, доля шутки. Соединить несколько «палочек» шарнирами, снабдив их электромоторчиками — дело недолгое. А вот сделать так, чтобы эта конструкция помогала ходьбе, но при этом не стесняла человека, а чутко реагировала на движения, — очень даже непросто.

Богатый опыт постепенного совершенствования «умного» ASIMO, пожалуй, самого сложного ходячего человекоподобного робота на планете, а также собственные исследования по биомеханике человеческой ходьбы позволили компании Honda создать свою версию киберштанов, пользование которыми, как уверяют инженеры, простое и интуитивное.

Компания обнародовала новый силовой экзоскелет для ног в красный день календаря – 7 ноября.

Как и раньше, устройство называется Walking assist device (первый и при этом необычайно портативный «ножной» экзоскелет под таким же именем Honda представила в апреле нынешнего года).

Только теперь к названию прибора добавлено With Bodyweight Support System, читай — с поддержкой пятой точки. И не зря. Фактически перед нами совершенно другая система.

Для надевания Walking assist вовсе не требуется застёгивать вокруг ног или пояса многочисленные ремни, как это было с аппаратами-предшественниками. Достаточно обуться в ботинки (являющиеся частью устройства) да приподнять сиденье, венчающее киберноги, и можно отправляться в путь.

Машина следует за движениями человека, при этом она направляет своё усилие так, чтобы оно проходило через центр тяжести владельца. Это помогает ему держать равновесие. Более того, аппарат учитывает при регулировке усилия различные позы.

Так, во время ходьбы компьютер командует парой электромоторов сообразно сигналам с датчиков в подошвах механизма.

А ещё машина учитывает угол сгибания коленей. Если человек перемещается в полуприседе или поднимается по лестнице, усилие моторов, поддерживающих вес владельца, будет увеличено.

Walking assist на данный момент — это вершина исследований, ведущихся Honda с 1999 года. Главная цель — подарить радость движения старикам, ещё способным ходить, но уже с трудом. А второе предназначение киберштанов — оснащение рабочих на конвейере.

Вот тут, кстати, пригодится и движение вприсядку (в ходе сборки авто куда только не приходится залезать), и помощь при подъёме тяжестей.

Что до ограничения времени активной работы на одной зарядке батареи, полагаем, авторам «усилителя ног» нетрудно будет предусмотреть смену заранее заряженных аккумуляторов или даже переодевание рабочих в новые «штаны» на время заправки первых.

Инженер Honda Дзюн Асихара (Jun Ashihara) считает, что аппарат понравится и тем, кому по долгу службы приходится проходить большие расстояния. «Он должен быть предельно прост в использовании, как велосипед, — говорит Асихара. — Он уменьшает стресс, и вы чувствуете себя менее уставшим».

Во всех случаях владельцы чудо-машинки оценят, насколько она уменьшает нагрузку на мышцы и суставы ног (бёдра, колени, лодыжки).

Как гласит пресс-релиз компании, с нынешнего месяца начинаются испытания Walking assist на автомобильном заводе Honda в Сайяме (Sayama).

Именно сборщики первыми смогут выявить все достоинства и недостатки разработки. Но уже сейчас можно сказать о её главных преимуществах перед аналогами: низкий вес и эстетичность.

Кстати, одним из этих прототипов был японский же костюм HAL. Ныне японская компания Cyberdyne фактически поставила разработку университета Цукубы (Tsukuba University) на поток (страница продукта теперь соответственно — HAL).

Пока — для рынка Японии, но через некоторое время намечен выход в Европу, а потом и в другие части света.

Вот только цена такого костюма сравнима со стоимостью авто бизнес-класса. Он не по карману даже многим госпиталям (а ведь одна из задач экзоскелета — помощь медсёстрам и сиделкам, помогающим, в свою очередь, пациентам).

Потому массовому пользователю недавно была предложена упрощённая версия HAL — только низ. Эти киберштаны компания отдаёт в аренду за $2 тысячи в месяц.

Что дальше? Логичным развитием экзоскелетов можно посчитать разнообразные ходячие кресла, вроде Toyota i-foot или HUBO-FX1.

Красота! Тут совсем напрягаться не нужно.

Но здесь уже и не приходится говорить о компактности механизма. И, скажем, применение подобных штуковин внутри помещений ограничено в силу габаритов ходячих машин. А при поломке такое кресло с собой не унесёшь – это же целое транспортное средство.

Полагаем, развитие «усилителей» мышц должно пойти в противоположную сторону – минимизации. Те же киберштаны со временем, быть может, утончатся настолько, что их можно будет надевать не на, а под штаны обычные.

А главное – поскольку тут нет никакого автономного «самоуправления», с Honda Walking assist device приключения Уоллеса нам не грозят. Посмотрим на них лучше в кино.

Мембрана

Портал «Вечная молодость» www.vechnayamolodost.ru
12.11.2008

Использование: усиление выходного усилия коленного сустава человека Цель: усиление мышечной силы человека. Сущность полезной модели: Мехатронный модуль включает в себя основание, которое при помощи гибких эластичных ремней крепится к бедру человека. К нижней части основания присоединена с образованием вращательной кинематической пары поворотная пластина, которая с помощью гибких эластичных ремней также крепится к голени ноги человека. К внешней стороне основания присоединен при помощи. сферического шарнира привод поступательного движения, выходной вал которого соединен с поворотной пластиной при помощи сферического шарнира. В нижней части бедра человека, спереди, в районе медиальной широкой мышцы, крепится датчик биологического сигнала, соединенный с системой компьютерного управления по каналам радиосвязи. 1 илл. Положительный эффект: снижение энергопотребления и повышение жесткости костюма для увеличения человеческой силы в районе коленного сустава человека.

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для усиления мышечной силы человека за счет дополнительного внешнего каркаса. Мехатронный модуль повторяет биомеханику коленного сустава человека и применяется для осуществления и пропорционального увеличения выходного усилия в суставе при движении. Данный модуль может использоваться как интегрированным в систему (например, в скафандр, экзоскелет), так и как отдельная единица.

Известен полицентрический бесшарнирный коленный модуль для ортезов и протезов (см. патент на изобретение 2087138, A61F 2/64, 1997), содержащий головки шин бедра и голени, которые жестко связаны между собой с одной стороны эластичным ограничителем, а с другой стороны — упругим элементом, на котором неподвижно установлены съемные упоры-ограничители, количество которых зависит от габаритов и степени поражения коленного сустава.

Недостатком данной конструкции является невозможность увеличения мышечной силы человека.

Наиболее близким, по общей совокупности признаков, к заявляемому модулю является костюм для увеличения человеческой силы (см. Интернет http:/wisecomp.ru/news, публикация от 11.05.2010), содержащее внешний каркас, изготовленный из металла и пластика, и приводимый в действие с помощью восьми электроприводов шарниров в суставах верхних и нижних конечностей.

Недостатком данного костюма для увеличения человеческой силы являются невысокая грузоподъемность из-за недостаточной жесткости устройства и большое потребление энергии электроприводами вращательного движения шарниров в коленях из-за того, что центр масс конструкции расположен далеко от центра вращения шарнира.

Задачей полезной модели является повышение грузоподъемности устройства и снижение энергопотребления приводами шарниров в коленном суставе при движении.

Технический результат достигается путем применения в конструкции устройства мехатронного модуля коленного сустава с приводом поступательного движения, работающего параллельно с коленным суставом человека.

Схема мехатронного модуля коленного сустава для экзоскелета нижних конечностей человека показана на рис. 1.

Мехатронный модуль включает в себя основание 1, которое при помощи гибких эластичных ремней 2 крепится к бедру человека. К нижней части основания 1 присоединена с образованием вращательной кинематической пары поворотная пластина 3, которая с помощью гибких эластичных ремней 2 также крепится к голени ноги человека. В верхней части основания 1 при помощи сферического шарнира присоединен привод поступательного движения 4, выходной вал которого соединен с поворотной пластиной 3 также при помощи сферического шарнира. В нижней части бедра человека, спереди, в районе медиальной широкой мышцы, крепится датчик 5 биологического сигнала, соединенный с системой компьютерного управления (на рисунке не представлена) по каналам радиосвязи.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

При попытке человека совершить движение нижней конечностью, от датчика 5 поступает сигнал в систему компьютерного управления, которая в соответствии с заданной программой управления, подает питающее напряжение на привод поступательного движения 4, пропорциональное величине требуемого выходного усилия коленного модуля. Выходной вал привода поступательного движения 4 совершает поступательное перемещение в необходимом направлении, приводя в движение поворотную пластину 3, которая также совершает угловое перемещение вместе с голенью ноги человека. Затем в соответствии с программой управления выходной вал привода поступательного движения 4 движется в обратном направлении и поворотная пластина вместе с голенью человека возвращается в исходное положение. Затем цикл повторяется.

Мехатронный модуль коленного сустава для экзоскелета, включающий в себя основание, к нижней части которого присоединена с образованием вращательной кинематической пары поворотная пластина, отличающийся тем, что к верхней части основания присоединен при помощи сферического шарнира привод поступательного движения, выходной вал которого соединен с поворотной пластиной при помощи сферического шарнира.