Универсальный общевойсковой экзоскелет



Универсальный общевойсковой экзоскелет
Универсальный общевойсковой экзоскелет

 


Владельцы патента RU 2552703:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "ВОЕННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (RU)

Изобретение относится к области военной робототехники и может быть использовано для пропорционального увеличения усилий при движениях военнослужащего, выполняющего боевую задачу, а также в повседневной жизни для перемещения грузов. Экзоскелет содержит каркасную систему, приводы движения, электронную систему управления и аккумуляторный источник питания. Каркасная система состоит из углепластиковой панели, повторяющей форму тыловой части торса человека, и шарнирно соединенных рычагов из углепластиковых труб. При этом приводы движения рычагов каркаса выполнены из твердотельного аэрогеля из углеродных нанотрубок с примесью каучука в виде цилиндров диаметром от 40 до 120 мм с конусным заострением с двух сторон. Приводы прикреплены к рычагам путем защемления конусных концов синтетическими тканевыми лентами, пропитанными эпоксидной смолой и стянутыми стальными заклепками. Изобретение направлено на снижение потребления электроэнергии с одновременным увеличением точности повторения движений элементов экзоскелета, их максимального усилия и запаса времени автономной работы, что обеспечит наиболее эффективное выполнение военнослужащим боевых задач. 2 ил.

 

Изобретение относится к области военной робототехники и может быть использовано для пропорционального увеличения усилий при движениях военнослужащего, выполняющего боевую задачу, а также в повседневной жизни для перемещения грузов.

Известны изобретения, в которых описаны вспомогательные устройства для передвижения человека, основанные на каркасно-рычажной системе и электроприводах (см. например №JP 2011143243, №US 2013231595, №NZ 20080586912). Но данные устройства предназначены для имитации движения частей тела человека, а не для пропорционального увеличения мышечной силы, поскольку основное их назначение заключается в помощи людям с ограниченными возможностями. Наиболее близким к данному изобретению аналогом является изобретение №JP2013082065, где описывается роботизированное устройство, состоящее из каркаса, элементы которого имитируют части человеческого тела, системы приводов, основанных на электродвигателях и системы управления.

Основными причинами, препятствующими получению технического результата, который обеспечивается изобретением, являются отсутствие автономного источника питания, большая энергоемкость приводов, недоработанная система управления, что не обеспечивает мгновенный отклик движителей и вызывает некоторое дополнительное мышечное напряжение у оператора.

Универсальный общевойсковой экзоскелет состоит из каркасной системы шарнирных соединений и рычагов, движение которых обеспечивают приводы, основанные на твердотельном аэрогеле из углеродных нанотрубок с примесью каучука, электронной системы управления и аккумуляторного источника питания. Каркасная система состоит из 16 шарнирных соединений и 16 элементов (рычагов), выполненных из углепластиковых труб диаметром 40-50 мм, элементов крепления приводов движения и крепления блока управления и аккумуляторного источника энергии, а также гибких элементов крепления каркаса к телу человека и углепластиковой панели, повторяющей форму тыловой части торса человека.

Приводы движения рычагов каркаса выполнены в виде цилиндров диаметром от 40 до 120 мм с конусным заострением с двух сторон, материал приводов выполнены из твердотельного аэрогеля из углеродных нанотрубок с примесью каучука, к концам заостренных частей подведены электропроводные элементы, что обеспечивает минимальное энергопотребление при максимальной работе движения рычагов. Крепление приводов к рычагам осуществляется за счет защемления конусных концов синтетическими тканевыми лентами, пропитанными эпоксидной смолой и стянутыми стальными заклепками. Электронная система управления экзоскелетом состоит из не менее 24 датчиков позиционирования элементов каркаса относительно тела человека, блока управления приводами, основанного на интегральных контролерах, и радиоприемнике, электропроводных элементов, соединяющих блок управления с приводами движения рычагов. Аккумуляторный источник питания, основанный на литиево-марганцевых ячейках, может быть выполнен в различной геометрической форме с массой, не превышающей 50 кг с удельной емкостью в диапазоне от 378 до 418 ватт-часов на килограмм, крепится к каркасу с тыльной стороны экзоскелета при помощи пружинных захватов.

Технический результат изобретения направлен на снижение потребления экзоскелетом электроэнергии, с одновременным увеличением точности повторения движений элементов экзоскелета, их максимального усилия и запаса времени автономной работы, что обеспечит наиболее эффективное выполнение военнослужащим боевых задач. Данный технический результат возможен при выполнении описанных выше конструктивных особенностей, поскольку указанное количество рычагов позволяет в точности копировать возможные траектории движения частей человеческого тела и все возможные степени свободы суставов человеческого скелета. Конструкция приобретает такое свойство ввиду идентичной пропорции длин рычагов относительно костно-хрящевого аппарата человека, в результате чего при нагружении каркаса отсутствует дополнительное сопротивление мышц оператора экзоскелета. Линейные размеры приводов движения основаны на факте того, что изменение величины их геометрических параметров, под воздействием внешних сил, генерирует изометрически нагрузку до 4,0 МПа см3/g, что в 32 раза выше, чем у природных скелетных мышц. Использование в качестве крепления к рычагам приводов движения синтетических тканевых лент, пропитанных эпоксидной смолой, является наиболее доступным и технологичным способом, осуществление которого позволяет не деформировать и не повреждать материал приводов, что в свою очередь влияет на количество и геометрические размеры последнего.

На фиг. 1 изображены три проекции общевойскового экзоскелета, где рычаги из углепластиковых труб соединены с шарнирными соединениями 1 в зонах локтевого, коленного и плечевого суставов человека шарнирными соединениями 2 в зоне кистей, шарнирным соединением 3 в зоне бедер, шарнирным соединением 6 в зоне голеностопа. Соединительный элемент 4 состоит из двух половин и крепится к центральной трубе каркаса на болтовые соединения, охватывая ее с двух сторон, на тыльной стороне крепления имеются два симметричных шаровых элемента, которые при соединении с трубами плечевых рычагов образуют шарниры. Соединительный элемент 5 состоит из двух шарнирных соединений, которые связывают центральную трубу с трубой поясничного отдела каркаса. Приводы движения рычагов каркаса 71-718, выполненные из гибкого аэрогеля углеродных нанотрубок, крепятся к трубам каркаса и приводят в движения рычаги, сокращаясь по длине при воздействии электрического тока. Блок электронной системы управления экзоскелетом 8 и аккумуляторный источник питания 9 крепятся к центральной трубе каркаса с тыльной стороны экзоскелета на пружинные захваты. Углепластиковая панель 10 крепится к центральной трубе каркаса с фронтальной стороны. На фиг. 2 изображены типы шарнирных соединений, применяемых в каркасе общевойскового экзоскелета.

Осуществление универсального общевойскового экзоскелета может быть произведено в следующем примере. Военнослужащий (оператор) закрепляет на себе с помощью гибких элементов крепления в области рук, ног и торса каркас экзоскелета, представленного на фиг. 1. Далее, выполняя поставленную задачу по передвижению в указанное место или перемещению каких-либо грузов, оператор совершает свойственные человеку движения частей тела (ног, рук, туловища). Система управления экзоскелетом определяет во времени и пространстве скоростные показатели и координаты частей тела и элементов каркаса и посылает соответствующие электрические сигналы на приводы движения рычагов каркаса, которые начинаю сокращаться, повторяя движения человека с одновременным пропорциональным увеличением вектора усилия по направлению движения. Таким образом, оператор экзоскелета приобретает возможность ускоренного передвижения или перемещения грузов с наименьшими затратами собственных усилий, что повышает эффективность выполнения поставленных задач.

Универсальность экзоселета обусловлена возможностью его применения не только в целях перемещения грузов, например боезапаса (ракеты, авиабомбы, снаряды) авиационной или автобронетанковой техники, но и в качестве боевого костюма, который позволит ускорить передвижение военнослужащего и обеспечить его живучесть за счет возможности установки дополнительного вооружения и средств защиты. Универсальный общевойсковой экзоскелет предназначен для всех родов и видов войск, поскольку основные задачи всех подразделений (мотострелковые, авиация, речной и морской флот и т.д.) подразумевают как обеспечение боевых действий, так и непосредственное участие в них, где необходимы сила, быстрота и выносливость военнослужащих.

Общевойсковой экзоскелет, содержащий каркасную систему, приводы движения, электронную систему управления и аккумуляторный источник питания, отличающийся тем, что каркасная система состоит из углепластиковой панели, повторяющей форму тыловой части торса человека, и 16 рычагов, выполненных из углепластиковых труб диаметром 40-50 мм и соединенных 16 шарнирными соединениями, взаимное расположение которых повторяет основные анатомические механизмы двигательного аппарата человеческого скелета, при этом приводы движения рычагов каркаса выполнены из твердотельного аэрогеля из углеродных нанотрубок с примесью каучука в виде цилиндров диаметром от 40 до 120 мм с конусным заострением с двух сторон, прикрепленных к рычагам путем защемления конусных концов синтетическими тканевыми лентами, пропитанными эпоксидной смолой и стянутыми стальными заклепками.



 

Похожие патенты:

Система дистанционного управления вооружением относится к системам автоматического управления и регулирования. Система содержит вращающуюся платформу с механическим погоном, редукторы вертикального наведения (ВН) и горизонтального наведения (ГН), вооружение с прицелом диоптрическим, пульт управления оператора, задающее устройство стабилизации с датчиками положения, устройство отображения видеоинформации, информационно-управляющую систему вооружения, блок управления, усилители мощности ГН и ВН, электродвигатели ВН и ГН, датчик положения вращающейся платформы, датчик положения вооружения, датчик абсолютной угловой скорости по ВН и ГН, электромеханические стопоры ВН и ГН, блок пиропатронный, электроспуск установленного вооружения, три последовательных шины ПШ1-ПШ3.

Изобретение относится к военной технике и может быть использовано в беспилотных летательных аппаратах (БПЛА). Устройство для контроля высоты подрыва боевой части БПЛА содержит передающую часть со средствами для контроля высоты аппарата и формирования вспышки со средствами управления и излучения, принимающую часть со средствами для фильтрации помех, приема звуковых сигналов и видеорегистрации, наземную телеметрическую станцию, средство для обработки данных.

Группа изобретений относится к системе оружия и способу повреждения/разрушения удаленного объекта системой оружия с высокой мощностью, чтобы повреждать и/или разрушать удаленные объекты.

Изобретение относится к средствам сковывания движений биологических объектов, а именно к устройствам для метания сети. Устройство для метания сети состоит из пускового устройства, сети, грузов и конического раструба со стволами.

Группа изобретений относится к дистанционному электрошоковому устройству и унитарному снаряду дистанционного электрошокового устройства. Унитарный снаряд состоит из зонда и поддона.

Группа изобретений относится к дистанционным электрошоковым устройствам, использующим спаренный выстрел на основе перемещаемого диэлектрическим затвором в металлический ствол устройства унитарного снаряда.

Изобретение относится к области траления морских акваторий и может быть использовано для вывода из строя противодесантных мин и подводных роботов-разведчиков, имеющих неконтактные гидроакустические и магнитные датчики цели и ориентации в прибрежной зоне.

Изобретение относится к дистанционному ударно-волновому воздействию на живую силу противника. Способ поражения живых целей последовательными ударными волнами управляемой продолжительности, периодичности и силы заключается в том, что для обеспечения избирательного поражения интенсивность раздражения ударными волнами нервной системы целей задают выше уровня болевого шока, промежутки следования ударных волн задают больше времени различимости одиночных импульсов боли, но меньше времени реакции на них, а длительность серии ударных волн задают не менее потребной для достижения рефлекторной асфиксии дыхания или остановки сердца.

Изобретение относится к военной и специальной технике а именно к робототехническим комплексам, предназначенным для дистанционной работы в условиях боевых действий, а также в труднодоступных и опасных для присутствия человека местах.
Изобретение относится к вооружению и военной технике, а именно, к способам поражения целей, находящихся в труднодоступных местах или в укрытиях вне зоны прямого видения, и может быть использовано для обезвреживания живой силы противника.

Изобретение относится к мезопористому композитному материалу "углерод на оксиде алюминия" C/Al2O3 для использования в качестве сорбента или носителя для катализатора.

Изобретение относится к солнечным элементам и может использоваться в качестве преобразователя солнечной энергии в электрическую энергию в энергетике и в портативной электронике.
Изобретение относится к области зондовой микроскопии. Сущность способа исследования нано- и микрообъектов методом зондовой микроскопии состоит в том, что объект помещают на пористую подложку, фиксируют на поверхности подложки и сканируют зафиксированный объект методом зондовой микроскопии.

Изобретение относится к области магнитофотоники. Способ усиления магнитооптического эффекта Керра путем формирования магнитного фотонного кристалла с периодически структурированной поверхностью магнетика, при котором морфология поверхности магнитного фотонного кристалла определяется уровнем среза плотнейшей гранецентрированной кубической упаковки микросфер в плоскости <111> в пределах слоя коллоидного кристалла.

Изобретение относится к новой наноразмерной слабо закристаллизованной модификации 4-метил-N-[3-(4-метилимидазол-1-ил)-5-(трифторметил)фенил]-3-[(4-пиридин-3-илпиримидин-2-ил)амино]бензамида (нилотиниба) гидрохлорида моногидрата.

Способ может быть использован в сканирующей зондовой микроскопии для определения электрического напряжения, модуля упругости, твердости, вязкости, пластичности пьезоэлектрических материалов, компонентов микро- и наноэлектромеханических систем, а также биомикроэлектромеханических устройств.
Изобретение относится к области нанотехнологий и ветеринарной медицине, а именно представляет собой способ инкапсуляции. Отличительной особенностью предлагаемого способа является использование биопага-Д и оболочки микрокапсул натрий карбоксиметилцеллюлозы, а также использование осадителя - 1,2-дихлорэтана при получении нанокапсул физико-химическим методом осаждения нерастворителем.
Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и представляет собой cпособ инкапсуляции лекарственного препарата методом осаждения нерастворителем, отличающийся тем, что в качестве ядра нанокапсул используется фенбендазол, в качестве оболочки - пектин, который осаждают из суспензии в бензоле путем добавления в качестве нерастворителя четыреххлористого углерода при 25°С.
Изобретение относится к области нанотехнологии, а именно представляет собой способ получения нанокапсул. Отличительной особенностью предлагаемого способа является использование 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты и оболочки нанокапсул каррагинана, а также использование осадителя - ацетонитрила при получении нанокапсул физико-химическим методом осаждения нерастворителем.

Изобретение относится пьезоэлектрическим датчикам, предназначенным для дистанционного контроля различных физических и химических величин. Технический результат, который дает осуществление изобретения, заключается в обеспечении максимальной чувствительность датчика к концентрации моноокиси углерода за счет использования в качестве импеданса, зависящего от концентрации моноокиси углерода, наностержней оксида цинка, сопротивление которых близко к сопротивлению излучения отражательного ВШП.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для автоматизации основных и вспомогательных операций, например, в часовой промышленности или в производстве изделий электронной техники.
Наверх