Экзоскелет как сделать: Как построить тяжёлый силовой экзоскелет своими руками

Как построить тяжёлый силовой экзоскелет своими руками

Это пневматический экзоскелет с очень прочным стальным каркасом. Для этого скелета нам понадобится сварка (совсем немного), дрель и отрезная. Обшивка была нарезана на чпу фрезе. Ну и немного стали.

Начнем мы с каркаса рук.

Весь каркас мы делаем из стального профиля. Он хорошо обрабатывается и благодаря многочисленным отверстиям очень удобен для соединения. Для первого элемента (на фото) нужно примерно 2 метра стального профиля, джойстик, кусок оргстекла и 18 болтов с гайками на 6мм.

Или же сбоку. Внизу будет установлена дуга из ПЭТа.

Все элементы подгоняются под конкретную руку поэтому о каких- то точных размерах сказать сложно. В моем случае основа этого элемента делалась из цельного куска в 1 метр и перегибалась под 90 градусов через 45-10-45 см.

Второй элемент идет от локтя до плеча. Его размеры также подгоняются под конкретного пилота, но важно учитывать что именно через это элемент будет одевать вся рука и поэтому его нужно сделать чуть свободней, чем нужно. Суставом и соединителем тут служит очень мощная петля. Само собой можно нагородить и нормальные локти из подшипников, но тут это будет лишнее. На каждую руку нужно будет по 2 петли. Крепятся они также на 6 мм болты.

Вот так выглядит это всё сверху.

Или сбоку. Если есть небольшие «перепилы» как у меня это не страшно. На сталь в слабых местах всегда можно наварить нужные элементы. Для этого участка понадобится примерно 1,5 метра стального профиля.

Вот так рука крепится к шаровой опоре, которая служит тут плечевым суставом. Довольно мощный и подвижный элемент. Крепится эта опора на 2 насквозь проходящие через весь каркас шпильки на 10 мм.

Сделаем 5-6 штук 20 см пневмомускул. Со стороны джойстика устанавливаем стальную пластину. Примерно на расстоянии 3 см от конца петли.

На эту пластину и на другой конец каркаса и крепим мускулы. Если отверстий будет не хватить — сверлим. Всё равно всё это будет ещё покрываться пластиком.

Сверху это выглядит вот так. Нужно так подобрать расположение пластины и длины мышц чтобы при полном их расслаблении рука была полностью прямой и дальше не двигалась. Только на изгиб и только при активации мускулов.

Также, при подборе элементов и нужного градуса изгиба, нужно учитываться что мускулы сокращаются примерно на 1/3.

Так же делается и вторая рука. Вместо двух штырей на конец можно приделать всё что угодно. Там место много и благодаря большому количеству отверстий на профиле можно приделать хоть манипулятор, хоть крюк.

Следующий элемент это грудная основа с пнематикой. Это наиболее сложный и тяжелый элемент т.к. очень много элементов.
Сначала покажу как это должно выглядеть в конце.

Можно увидеть огромное количество зеленых трубок пневмопровода, мускулы, клапана, аккумуляторы.

Основу каркаса спины мы также делаем из стального профиля. Состоит он из 2 пропиленных и изогнутых элементов по 1 метру и одного «П» образного элемента 60-30-60. Всё это прошивается шпильками нужной длины. Я брал по 50 см плечевые и по 35 см которые сшивают по ширине. Вот так это выглядит спереди.

Сбоку это выглядит вот так. Все зажимается и соединяется болтами — никакой сварки. Так потом проще что-то снимать и подгонять, а это точно нужно будет делать не раз.

Бедра состоят из 4 элементов профиля длиной 20 см, 2 элементов из профиля длиной 10 см и 2 мощные шпильки на 12 мм, которые и соединяют все это. К спине бедра крепятся через очень мощную петлю.

Ноги также крепятся через шаровую опору. Она устанавливается через 5 см кусок профиля. Это элемент зажимается 20 см кусками профиля через шпильку. Должно быть что-то типа вот такого. Это прочно и подвижно получается.

А теперь самое сложное — пневматика.

Будем использовать стандартную полную схему. Она состоит из следующих элементов:16 пневмоклапанов, тройники, компрессор , пневмореле, ресивер, 8 групп пневмомускул, распределитель на все группы и 2 аккумулятора. Устанавливать её будем в спине.

Есть более простой, но менее эффективный вариант.

Приводы те же, но вся пневматика будет раз в 10 меньше…и во столько же раз неэффективней.
Но мы делаем первый вариант.
Сначала соединяем распределитель, ресивер, компрессор и пневмореле в 1 модуль. Так будет значительно удобней.

Ресивер сделан из обычного огнетушителя на 3 литра. Компрессор — двухцилиндровый для накачки шин. Клапана от полуавтоматической сварки для СО. Пневмореле -фреоновое. Давление на нем устанавливаем в пределах 2-5 атм. Больше давление — больше сила и резкость, но меньше стабильность. Это уже дело вкуса.

Питание выводим через пневмореле на какой-нибудь мощный переключатель (На 25А) и на аккумуляторы.

На передней части ставим 3 стальные пластины по 30 см. На них мы будем крепить компрессорный модуль и клапана. Также они дают дополнительную жесткость всей конструкции. Их можно наварить или же как я просто закрутить болтами дабы потом можно было снимать/подгонять.

Крепим на пластину клапана. Учитываем что на каждую группу мышц нужно 2 клапана — для активации и для спуска.

Все выходные трубки каждого активационного клапана подключаем к распределителю. Распределитель это по сути пневматический тройник. В него идет относительно толстый шланг от ресивера, а с него выходит много тонких трубок. Можно обойтись и без него, но понадобится просто огромное количество тройников от омывателя.

Кроме локтевого привода есть ещё привод на плече. Он позволяет ещё больше поднять руки. Для плеча нам понадобится 2 стальных уголка 10*10 см, 6 пневмомускул и небольшая стальная пластина для фиксации мышц. Первый уголок мы зажимаем между шаровой опорой и каркасом. На этот уголок крепим мышцы. Часть мышц крепим напрямую к каркасу. Это даст и дополнительную связку каркас-рука и не даст руке во время активации мышцы уехать в бок.

Второй уголок крепится уже на руку. Важно так подобрать длину мышц и расположение уголка чтобы при полностью расслабленных мышцах рука свободно висела. Удобно все сменные и подгоняемые элементы крепить на барашки. Это очень сильно ускорит первичную сборку,а потом уже можно и на обычные гайки.

Осталось сделать ноги с обшивкой и экзоскелет готов!
Самая сложная часть ноги это коленный сустав. Вот так он выглядит. Их нужно сделать 4 шт. Соединяется он с помощью сварки.

Фотография несколько смазана, но принцип увидеть можно. Это просто подшипник в зажиме и ограничитель хода. К подшипнику навариваются, по сути, держатели и через них идет крепление к ноге.

Если не делать ограничение хода то появляется вероятность повреждения ноги пилота.

Каркас ноги состоит из 4 подковообразных элементов. Все их размеры также подгоняются под конкретного человека. Все 4 элемента имею разные размеры. Скрепляется всё шпильками 10-12 мм, причем выводим 2 шпильки на длину бедра. Через них нога и будет крепится к шаровой опоре бедра.

Вариантов как сделать ступни было 2. Первый состоял в использовании уже готового элемента.

Это был более простой и быстрый способ. Для такой ступни нужно было только 4 элемента: Один стальной держатель для бруса, стальная пластина под ступню и 2 уголка для крепление к ноге. Крепится все должно было с помощью обычных портфельных шлейфов и замков.

Второй вариант заключался в изготовлении из пластин более аэргономичной конструкции. На этом варианте мы и остановились.

В этой ступне все элементы это просто 4 мм сталь, изогнутая и подогнанная под ногу. Элементы провариваются.

Ноги также имеют приводы. По 2 на ногу. Они позволяют удерживать статичное состояние или же подняться. Одна группа мышц расположена в бедре и тянется от каркаса бедра к верхней подкове ног. Мышцы как бы тянет вперед ногу.

Вторая группа мышц расположена прямо в каркасе ноги. Эта группа при активации «стягивает» ногу. Шланги идут к спине, к клапанной группе.

Управление ногами осуществляется через кнопки расположенные в «лодыжке». Т.е. мы тянем ногу назад и нажимаем кнопку.
Как и в случае с рукой ведем провода к клапанам. Руки используют только 2 из 5 контактов джойстиков поэтому можно приделать какое-то оборудование. Или же перевести управление ног на руки.

Для зашиты всей пневматики от повреждений и защиты пилота от пневматики весь экзоскелет покрывался противоударным ПЭТом.

ПЭТ это что-то типа толстого спрессованного полиэтилена. Является антивандальным покрытием. Покрываем пластиком места непосредственного расположения пневматики и участки контакта с пилотом. Крепим саморезами и болтами.

В обшивку ног устанавливаем кнопки для управления. Тут их лучше видно. Верхние кнопки управляют бедренными приводами. Провода и трубки лучше поместить в какую нибудь гофру или же другой шланг — их так много что велика вероятность случайно задеть.

Для того чтобы экзоскелет можно было легко одевать и снимать в качестве держателей пилота используем портфельные лямки.

Скелет готов! Само собой это не 146% точное руководство по сборке т.к. многое было не сфоткано, да и времени много прошло, но основные моменты для сборки я считаю освещены.

Собирали мы вот это

Источник

Если у вас есть производство или сервис, о котором вы хотите рассказать нашим читателям, пишите Аслану ([email protected]) и мы сделаем самый лучший репортаж, который увидят не только читатели сообщества, но и сайта Как это сделано

Еще раз напомню, что посты теперь можно читать на канале в Телеграме

и как обычно в инстаграме.    Жмите на ссылки, подписывайтесь и комментируйте, если вопросы по делу, я всегда отвечаю.

Жми на кнопку, чтобы подписаться на «Как это сделано»!

Самодельный экзоскелет из доступных материалов

В данном обзоре автор показывает процесс изготовления самодельного экзоскелета для мастера-ремонтника. Устройство помогает сделать руки невесомыми.

Это очень удобно при выполнении целого ряда ремонтно-строительных работ, когда руки долгое время подняты над головой или находятся в выпрямленном состоянии перпендикулярно туловищу.

С помощью экзоскелета можно проводить работы длительное время, при этом руки в поднятом состоянии не будут уставать, что позволит повысить производительность работ.

Например, данное устройство пригодится при выполнении электромонтажных работ (особенно под потолком), а также в процессе проведения различных ремонтных и отделочных работ. Также экзоскелет может пригодится и дачникам в процессе сбора ягод.

В общем, это довольно универсальное приспособление, которому можно найти применение в самых разных сферах.

Особенности конструкции устройства

Основным элементом самодельного экзоскелета является мебельный газлифт на 12 кг. Помимо этого, нужны будут алюминиевые трубки и элементы шарнирной системы.

Что касается шаровой опоры, креплений и шарниров, то их автор сделал с помощью 3D принтера. Однако все используемые детали можно сделать и из других материалов.

Для изготовления экзоскелета на одну руку потребуется две алюминиевые трубки, газлифт и шарнирные элементы, включая опорное ложе под руку.

Газлифт вставляем в первую трубку и фиксируем с помощью винтов. На другом конце этой алюминиевой трубки автор закрепляет шаровую опору.

Вторую трубку крепим перпендикулярно первой при помощи самодельного шарнира.

На конце второй трубки крепится ложе под руку (его автор тоже сделал на 3D принтере). На последнем этапе натягивается тросик.

Подробно о том, как сделать универсальный экзоскелет ремонтника, можно посмотреть на видео ниже. Данной идеей с нами поделился автор YouTube канала Shayter Andrey.

Оцените запись

[Голосов: 8 Средняя оценка: 4.6]

Экзоскелет из «Элизиума» своими руками

Специально 92 для mozgochiny. ru

До Хэллоуина остался один месяц. Поэтому предлагаю начать делиться идеями будущих костюмов. Желание создать этот образ своими руками, появилась после просмотра фильма Элизиум. Процесс изготовления поделки оказался довольно сложный, но результат стоил потраченного времени.

Шаг 1: Вдохновение

После прочёсывания интернета в надеждах собрать максимально точное описание самоделки, начались попытки воплотить костюм в жизнь. Я не делал никаких прототипов или собственных рисунков. Просто подогнал размеры костюма (с фотографий) к различным частям тела и нарисовал делали на пене.

Шаг 2: Материалы и инструменты

Инструменты:

• Ножовка;
• Ножницы;
• Труборез;
• Шлифовальный станок;
• Ленточная пила;
• Плоскогубцы;
• Нож;
• Паяльник;
• Канцелярский нож;
• Сверлильный станок;
• Термоклей;
• Тепловой фен.

Материалы:

• 4  коврика из пены;
• Куски пенопласта различной толщины;
• Металлическая вешалка
• Различные гайки, болты и шайбы,
• 12 мм пластиковая труба;
• Деревянные дюбели;
• Эластичный шнур;
• Нейлоновые лямки;
• Липучка;
• Нитка/иголка;
• Краска;
• Старый телефон;
• 9 В батарейка;
• Светодиоды;
• Шурупы в форме крючка;
• Клеммы с проводами.

Шаг 3: Нагрудник

Начнём с того, что нарисуем на коврике нагрудный профиль, после чего вырежем его канцелярским ножом. В качестве «арматуры» закрепим на нём металлическую проволоку с помощью термоклея. Добавим накладки из пенопласта, которые вырезаем горячим ножом. Придадим им «боевой вид» используя тот же горячий нож для нанесения царапин и разрезов.

Шаг 4: Руки

Используем те же методы и приемы для производства рук. Сделаем петли на концах проволоки, чтобы укрепить отверстия, в которых будут располагаться суставы с шайбами. Кроме того закрепим толстый алюминиевый профиль для верхнего сустава (как показано на рисунке). Вырежем и сформируем кожухи передних рычагов из гофрированного пластика, соединяя их с алюминиевой обшивкой. Для финальных штрихов покроем их жидкой резиной, а края чёрной и серебряной краской, чтобы придать металлу изношенный вид.

Шаг 5: Спина

После вырезания частей добавим суставы для улучшения подвижности. Все сегменты крепятся к одному длинному, толстому листу. Визуально доработаем детали с помощью горячего резака и крупных шайб.

Шаг 6: Ноги

Изготовление ног оказалось самой сложной задачей, поскольку должен был учитываться весь предполагаемый диапазон движений. Я использовал «тонну» ремней и липучек!

Шаг 7: Поршни

Следует отметить, что использование термоклея при изготовлении поршней ( креплений шайб в ПВХ) не самая лучшая идея. Для получения хорошего результата рекомендую использовать эпоксидную смолу. Пластиковая труба и деревянный дюбель образуют тело поршня, которое закупоривается шайбой, а винты с ушками крепятся к упругой верёвке.

Шаг 8: Шлем

Это было довольно непросто но я разобрал старый телефон и использовал его ЖК-дисплей для задней панели. Соединим его вместе с мигающим зелёным светодиодом и 9В батареей. Крепиться он будет с помощью «крабиков для волос».

Шаг 9: Собираем всё вместе

Закрепим детали с помощью нейлоновых ремней и липучек, большинство из которых были спрятаны под разрезами на рубашке. Суставы крепим простыми гайками и болтами.

Шаг 10: Последние мысли

Я был действительно доволен итогами своей работы. Люди были поражены! Отличная мобильность, ничего не нигде не мешало. В добавок к костюму также был изготовлен пистолет.

Спасибо за внимание! 🙂

( Специально для МозгоЧинов #Build-The-HULC-Suit-From-The-Movie-Elysium» target=»_blank»>)

Чувак собрал настоящий экзоскелет прямо у себя дома — ОФИСНЫЙ ПЛАНКТОН

Если вы полагаете, что костюм «Железного человека» могут сделать только военные или мегакорпорации, то вы заблуждаетесь.

Если вы полагаете, что роботизированные костюмы, управляемые человеком могут сделать только военные или мегакорпорации, то вы глубоко заблуждаетесь.

Носитель разума, покоритель вселенной, властелин мира – вот некоторые эпитеты, которыми характеризуют жизнь и деятельность человека на земле.

Люди всегда мечтали стать сильнее и могущественнее, покорять миры и вселенную, но им не хватало силы, чтобы поднимать тяжелые предметы, обладать большей силой удара и выносливостью. Но они не оставляли попыток сделать себя киборгами, чтобы почувствовать мощь железного тела. Мечтали взлететь в воздух со скоростью звука, чтобы мгновенно оказаться в любой точке планеты и летать без крыльев. Людям хотелось создать смесь человека и машины. И, благодаря науке и технике, частично эти мечты воплощает «костюм Железного человека».

Экзоскелет — это устройство, которое может увеличить физические способности человека за счет внешнего каркаса.

Немного истории

Первым изобретателем роботизированного железного костюма был инженер Николай Ягн, который в 1890-х годах в США запатентовал ряд технологий, облегчающих ходьбу, бег и прыжки человека.
В 1960-х компания General Electric разработала костюм Hardiman, весом 680 кг и способностью поднимать объекты весом до 110 кг.
В 1970-х югославский ученый Миомир Вукобратович показал первый силовой шагающий роботизированный костюм, который должен был дать людям с парализованными ногами возможность ходить.
В 2007 американские ученые из агентства DARPA создали устройство, которое должно было усиливать руки и ноги человека.
В 2008 компания Cyberdyne представила костюм HAL, обладающий легким корпусом, встроенным компьютером и работающим от автономных аккумуляторов.
Так же в мире известны робокостюмы грузовые, для подводного плавания, реактивный человек-самолет, а также парашютная система.

Классификация:

По типу источника энергии и принципу работы привода робокостюмы бывают активные (использующие дополнительные двигатели) и пассивные (работающие благодаря усилиям оператора). По локализации подразделяются: для верхних конечностей, для нижних конечностей и на полноценный роботизированный-костюм.

Диапазон цен на подобные гаджеты улучшающие возможности человеческого тела варьируется от 1000 до более 50000 $. В зависимости от области применения различают: медицинский, военный, космический и промышленные. Весовая категория устройств от 5 и свыше 30 кг. Мобильные и стационарные бывают простого, двойного назначения и с расширенными функциями.
Области применения

Исторически так сложилось, что любое изобретение сначала находит применение в военных целях, и только потом — в мирных. Роботизированная броня не исключение и все началось именно с военных заказов. Нужно было создать броню, которая совместила бы в себе огневую мощь и бронирование танка, скорость и подвижность человека, и в разы увеличивающая его силу. Парочка обученных солдат-экзоскелетов могут запросто заменить профессиональный спецназ.

Эти устройства полезны и при угрозе радиационной опасности, при покорении глубин океана, разборе завалов после землетрясения и в строительстве.
Роботизированные костюмы – это настоящий прорыв и в медицине. Пациенты, после травм позвоночника и конечностей, могут использовать возможности экзоскелета для улучшения качества жизни. Он даст возможность людям ходить, сидеть, стоять и даже подниматься по лестнице.

Различные модификации можно встретить и в научно-фантастических фильмах, литературе, комиксах, анимации, видеоиграх.

Изобретение Джеймса Хобсона

В разное время и в разных странах умельцы пытались сделать различные приспособления. Так, американский инженер-энтузиаст Джеймс Хобсон, известный как The Hacksmith, работает над их созданием уже много лет. Ему удалось в домашних условиях собрать работающий костюм для поднятия тяжестей. Пневматические возможности которого, позволили ему легко поднять шлакоблоки, общим весом 80 кг.

Для того, чтобы самому изготовить подобный костюм, как у Джеймса, вам понадобится только несколько стандартных деталей и знания, как их соединить. Все необходимые схемы и инструкции вы найдете на сайте автора. Но учтите, что в изобретении Джеймса Хобсона нет усиления для ног, поэтому весь вес, который держит Джеймс держится исключительно на его позвоночнике.

Вдохновением для создания металлического корпуса послужил американский научно-фантастический фильм «Элизиум — рай не на Земле». В фильме главный герой Макс, в тело которого вживили специальный экзокостюм, отдает жизнь ради того, чтобы уравнять права людей.

Джеймс намерен довести до ума верхнюю часть, чтобы он нашел практическое применение в повседневной жизни.
Конечно, главная цель — это создание костюма для всего тела, который позволит инженеру поднимать тяжелые предметы за счет конструкции, оставив в покое позвоночник и другие части тела.
Видео, как поэтапно Джеймс делал отдельные части железного костюма, а затем соединял их воедино, вы можете увидеть на его YouTube канале.

Экзоскелет — Новые перспективные технологии

    Всем доброго времени суток.

Люди всегда мечтали стать сильнее, чем они есть на самом деле. А некоторые из них старались свои мечты воплощать в жизнь Первым таким изобретением стал рычаг, потом блок и канат для подъема грузов. При помощи этих нехитрых приспособлений человек может поднять груз намного тяжелее своего тела. Но ведь хочется большего. Хочется без блоков и канатов, без рычагов, своими руками. Нет. своими руками, конечно, не получится. Но любой человек сможет сделать это при помощи экзоскелета Экзоскелет—это усилитель человеческих мускулов, Это такая штука, которая делает человека во много крат сильнее — такие машины очень нужны в армии.

Экзоскелет в Японии.

Цели и задачи экзоскелета.

       1) Главным направлением разработок является военное применение экзоскелетов. Цель — создание брони, которая совместила в себе огневую мощь и бронирование танка, подвижность и скорость человека, и в разы увеличивающей силу того, кто использует экзоскелет. Один солдат в подобном экзоскелете запросто заменит троих-четверых. К тому же одним ударом своего железного кулака сможет сокрушить, наверно, и кирпичную кладку. Более простые конструкции могут быть использованы в бытовых условиях для подъема тяжестей, а так же они могут помочь инвалидам и пожилым людям, имеющим проблемы с опорно-двигательным аппаратом. Если когда-нибудь появятся в продаже доступные упрощенные экзоскелеты, то наверняка они будут пользоваться успехом у туристов, которые любят многокилометровые пешие прогулки по пересеченной местности.

    2)Другой возможной областью применения экзоскелетов является помощь травмированным людям и людям с инвалидностью, пожилым людям, которые в силу своего возраста имеют проблемы с опорно-двигательным аппаратом.Первыми экэоскелетами были обычные костыли, но людям этого было мало. Им захотелось создать симбиоз человека и машины. Мечта стать сильнее, чем мы есть, трансформировалась в образ, которому и дали это странное название — экзоскепет,

    3)Модификации экзоскелетов, а также отдельные их модели, могут оказывать значительную помощь спасателям при разборах завалов рухнувших зданий. При этом экзоскелет может защитить спасателя от падения обломков.

В наше время большой преградой для начала постройки полноценных экзоскелетов является отсутствие подходящих источников энергии, которые могли бы в течение длительного времени позволить машине работать автономно.

Как сделать недорогой самодельный экзоскелет для строителей

Экзоскелет – это слово, слышали, пожалуй, многие, если не все. И, вероятно, видели его на картинках или в видеороликах. И этот внешний скелет (по-гречески «экзо» значит внешний) действительно впечатляет. Потому что с ним люди даже с ограниченными физическими возможностями могут ходить, многое делать.

Что вы узнаете

Но как это бывало и с другими устройствами, агрегат оказался нужным не только для тех, кому он предназначался. В частности, им заинтересовались и специалисты строительных специальностей.

Чем экзоскелет интересен для строителей и почему они не бросились его покупать

Википедия определяет экзоскелет как устройство, восполняющее утраченные функции человека. Исходя из такого определения, у вас, вероятно, возникнет вопрос: зачем же он нужен строителям. Ведь среди них, в принципе, едва ли встречаются инвалиды. И это действительно так. Инвалидов среди них, пожалуй, не отыщешь.

Экзоскелет интересен строителям своей возможностью помогать выполнять тяжелые операции.

Но это устройство полезно не только для тяжелых работ. В частности, оно просто незаменимо для тех, кому при выполнении работы подолгу приходится держать руки в поднятом положении. Например, при выполнении электромонтажных работ, укладке плитки на стены и т.п. То есть он интересен людям многих строительных специальностей: отделочникам, электрикам, плиточникам и т.д.

Интерес, пожалуй, понятен и очевиден. Однако здесь имеется огромное «НО». Это цена. Если вы попытаетесь навести справки, то узнаете, что стоимость экзоскелета измеряется тысячами долларов. Поэтому-то умельцы и задумались, как сделать реплику этого устройства своими руками. Причем адаптировав его к потребностям строителя. То есть человека вполне здорового.

Читайте также: Что такое роборуки и зачем они нужны

Особенности самодельного экзоскелета для строителей

В результате изучения классического экзоскелета, народные умельцы пришли к выводу, что строительная версия этого устройства должна быть:

• легкой;
• не стесняющей движения;
• только поддерживающей, но не дополняющей усилия пользователя;
• обязательно недорогой.

Таким образом, чтобы удовлетворять этим требованиям, основу самодельного устройства должны составлять легкие тонкостенные трубки.

В его поддерживающих артикуляциях лучше устанавливать газлифты только небольшой мощности. Но достаточной, чтобы поддерживать руки в поднятом состоянии.

Чтобы специалисту было удобно работать с экзоскелетом, на теле он должен крепить с помощью удобных ремней. Причем их расположение должно быть четко выверенным.

В результате одному из умельцев удалось изготовить первую модель самодельного экзоскелета. Ее вы может увидеть на следующем фото:

Как правильно использовать самодельный экзоскелет

В принципе, понятно, что устройство действительно упрощает работу специалиста. Особенно, если ему приходится работать с постоянно поднятыми руками. Однако создатель самодельной разработки советует не увлекаться ею. Чтобы не лишать тело необходимой физической нагрузки. Хотя бы треть всей работы следует выполнять, не применяя экзоскелет. В принципе, с такой рекомендацией, по-моему, стоит согласиться.

Готовую самоделку вы можете увидеть в следующем видеоролике. Более того, вы найдете здесь и более подробную информацию на этот счет.

Если вы хотите найти подробную информацию о тонкостях изготовления самодельного устройства, то сделать это довольно просто. Для этого достаточно только в поисковик ввести поисковый запрос «самодельный экзоскелет». И вы получите огромное количество ссылок на эту тему. И целую кучу полезных сведений.

Автор статьи: Сергей Минеев

Я вкладываю в написанные мной материалы всю свою душу и все свои знания в надежде, что это будет полезно посетителям нашего сайта. Буду очень признателен всем, кто решит написать свое мнение о моей работе, свои замечания и предложения в форме для комментариев, имеющейся после каждой из опубликованных мной статей.

Hyundai разработала сверхлегкий роботизированный экзоскелет :: Autonews

Hyundai объявила о разработке роботизированного экзоскелета VEX (Vest Eхoskeleton), призванного упростить и ускорить процесс сборки автомобилей. При этом в компании отметили, что новинка до 42% легче остальных своих конкурентов.

Устройство, не нуждающееся в источнике питания, использует многорычажный вспомогательный подъемник, имитирующий плечевой сустав человека. Оно представляет собой жилет с несколькими полицентрическими шарнирами и тягами, уменьшающими нагрузку на мышцы.

Масса VEX составляет всего 2,5 кг, что на 22–42% легче аналогов от других автопроизводителей. Он предназначен для рабочих конвейера, работающих с поднятыми над головой руками. Приспособление надевается как обычный рюкзак, а затем затягивается ремнями и поясными застежками. Благодаря регулируемой задней части его могут использовать люди разного роста, для силовой поддержки можно выбрать один из шести уровней (до 5,5 кгс).

Автосервисы Autonews

Искать больше не нужно. Гарантируем качество услуг.Всегда рядом.

Выбрать сервис

«VEX увеличивает допустимую нагрузку для рабочих и позволяет с легкостью работать, обеспечивая дополнительную поддержку рук в положении над головой», — отметил Хюн Дончжин, глава отдела робототехники в Hyundai. .

Hyundai не единственный автопроизводитель, внедряющий применение экзоскелетов на своих сборочных линиях. Подобную практику используют еще ряд компаний, включая BMW и Ford. Последняя, к примеру, собирается сделать экзоскелеты частью оборудования своих предприятий по всему миру. Программа использования специальных костюмов, призванных облегчить процесс сборки автомобилей, будет распространена на 15 заводах американского концерна.

Подобные костюмы, обеспечивающие дополнительную защиту и поддержку, снижают усталость и возможность получения травм работником. В компании отметили, что использование таких устройств поможет существенно снизить количество различных инцидентов и уменьшит непредвиденные потери времени на производственных мощностях до 75%.

Рука экзоскелета: 9 шагов

1) Получение сигнала : Сигнал потенциала действия двигательного блока (MUAP) получается от бицепса и трицепса руки пациента. При этом используются три электрода ЭМГ. Два электрода ЭМГ помещают на бицепс и трицепс, один — на локоть, для сравнения с землей. Полученный сигнал подается на высококачественный инструментальный усилитель AD620. Что усилит (усиление = 500) разность потенциалов между активным электродом.

Коэффициент усиления инструментального усилителя G = 1 + 49.

2) Фильтрация и усиление : Этот усиленный сигнал затем подается на конденсатор связи постоянного тока и двухполупериодный выпрямитель, который устраняет постоянный ток. смещение ошибки и отрицательные полупериоды, чтобы сделать сигнал совместимым с микроконтроллером. Этот выпрямленный сигнал затем проходит через фильтр нижних частот для устранения высоких частот и создания огибающей сигнала.Сигнал отправляется в усилитель с регулируемым усилением для дальнейшего усиления. Все каскады разработаны с использованием операционного усилителя ADTL084

Коэффициент усиления операционного усилителя Vout / Vin = -Rf / Rin

Мы начали тестирование сенсора с Arduino Mega, потому что это было довольно легко кодировать.

Сбор данных:
Усиленный сигнал подается на микроконтроллер EVAL-ADuCM360 PRECISION ANALOG. Аналоговое напряжение считывается 24-битным АЦП сверхвысокой точности, установленным в микроконтроллере.Данные дискретизируются с частотой 2,450 кГц. Используется схема прерывания АЦП. Эта схема прерывания приводит к отличным характеристикам смещения постоянного тока и дрейфа смещения и чрезвычайно полезна в приложениях, где требуется подавление дрейфа и шума. Смещение, полученное при расслаблении мышцы, вычитается из выхода АЦП

Control Logic: Поскольку на заключительном этапе требуется подавление шума, линейное отображение выхода АЦП на ЦАП избегается. Мы создали таблицу поиска, которая записывает дискретные значения в DAC.Для аналоговых сигналов низкого напряжения создаются условия безразличия, чтобы сервопривод не активировался без необходимости. Порог максимального напряжения устанавливается вручную после тестирования, так как он отличается для каждого испытуемого.

DAC: Микроконтроллер поставляется с 12-битным DAC. ЦАП имеет два выбираемых диапазона: от 0 до 1,2 В и от 0 до 1,8 В. По совпадению, вход 1,8 В на серводвигатель дает оптимальный угол поворота для серводвигателя. Здесь используется этот диапазон, поскольку он не требует дальнейшего усиления.Мы использовали режим интерполяции ЦАП. В режиме интерполяции используется 16 бит. 12 бит используются для записи данных и 4 бита для интерполяции.

Серводвигатель: Серводвигатель имеет крутящий момент 180 кгсм. Он работает в двух режимах с широтно-импульсной модуляцией и в режиме потенциометра (аналоговый сигнал). Мы использовали аналоговый режим, потому что его легче контролировать и анализировать по сравнению с ШИМ. При входном напряжении 5 В сервопривод поворачивается на 270 градусов. Он работает от 14 В до 30 В. 30 В для максимального крутящего момента.

Мы приложили кодов и важные спецификации

Как создать свою собственную броню с приводом от Железного человека

Как мы видели в первой части самодельной брони в стиле Железного человека, создать доспехи, обеспечивающие защиту от пуль — проблема в том, чтобы потом можно было двигаться. Даже при использовании современной керамики и композитов трудно снизить вес. Вставки среднего размера в броню Interceptor весят четыре фунта каждая и размером примерно с лист А4, поэтому защита всего тела будет много весить.Если бы вы могли нести на несколько сотен фунтов больше, носить такую ​​броню не было бы такой большой проблемой — и именно тогда экзоскелет с электроприводом начинает выглядеть хорошей идеей.

Исследователи работали над экзоскелетами после неудачного проекта ВМС Хардимана в 60-х годах (хотя я думаю, что они позаимствовали дизайн из фильмов о Матрице). Прогресс был медленным, а результаты в лучшем случае были неоднозначными. Если вы хотите создать свой собственный, то потребуется много работы и много терпения.Одним из наиболее продвинутых проектов стал экзоскелет нижних конечностей Беркли (BLEEX), который включает в себя пару роботизированных ног и рюкзак. Последним продуктом от Беркли является универсальный грузовой автомобиль Human Universal Load Carrier (… да, это HULC ™…), который предназначен для увеличения вашей грузоподъемности на 200 фунтов.

* Снижение метаболических затрат владельца имеет первостепенное значение для длительных миссий. Это верно, потому что чрезмерное потребление кислорода приводит к преждевременной усталости, даже если экзоскелет поддерживает нагрузку.Фактически, совсем недавно BAA от Системного центра Natick Soldier запрашивает предложения о проведении предварительного исследования решений, которые приводят к снижению потребления кислорода. *

HULC ™, созданный по запатентованной технологии, снижает потребление кислорода и частоту сердечных сокращений, тем самым повышая выносливость пользователя.

Когда пользователи несли нагрузку, эффект был более выраженным. Потребление кислорода этими пользователями, несущими подъёмный груз весом 81 фунт на скорости 2 мили в час, снизилось примерно на 15% при использовании прототипа HULC ™.

Видео здесь.

У армии тем временем большие планы. В статье для Института Брукингса Питер Сингер дает нам взгляд на пятишаговый план Пентагона по превращению Железного человека в реальность. Это программа Land Warrior, теперь Future Force Warrior, которая включает в себя большое количество гаджетов и приспособлений, собранных в один носимый комплект для пешего солдата, включая различные датчики от супер-прицелов до анализаторов, оружия, связи и навигации. С такой нагрузкой вам понадобится экзоскелет.Но, как отмечает Сингер, иногда армия немного увлекается:

Когда стартовал проект суперсолдат армии и Массачусетского технологического института, его директор профессор Нед Томас восхвалял: «Представьте себе психологическое воздействие на врага при встрече с отрядами солдат. кажущиеся непобедимыми воины, защищенные доспехами и наделенные сверхчеловеческими способностями, такими как способность перепрыгивать через 20-футовые стены ».

Проблема заключалась в том, что изображения, которые его программа использовала в заявке на грант, были в значительной степени заимствованы из серии Radix, о женском супергерое, которая носит бронированный скелет с теми же самыми сверхспособностями.Создатели комиксов Рэй и Бен Лай пригрозили проекту судебным иском: «Они продают это как научный факт, в то время как мы пытаемся продать его как научную фантастику. И люди даже не знают, что мы создали это в первую очередь. . Люди могут даже подумать, что мы их копируем «.

Но для создания работающего экзоскелета не требуется больших корпоративных ресурсов. Вдохновленный силовой броней в Starship Troopers, Монти Рид, бывший рейнджер, построил свою собственную версию. Он называется Lifesuit и предназначен для помощи тем, кто потерял способность к ногам:

EduExo DIY Kit позволяет создавать экзоскелеты

EduExo — это набор для 3D-печати на базе Arduino для студентов, любителей и преподавателей, который учит, как создавать экзоскелеты.

Стив Кроу | 11 мая 2017 г.

Экзоскелеты разрабатывались с 1960-х годов, когда Пентагон впервые объявил о внесении предложений по носимым роботам для расширения возможностей солдат. Но индустрия экзоскелетов развивалась медленно, в основном из-за высоких затрат на разработку и внедрение.

Но новый комплект экзоскелета EduExo на Kickstarter, который предназначен для студентов, учителей, производителей и любителей, стремится демократизировать разработку экзоскелетов.Кампания рассчитывает собрать 7931 доллар, чтобы наборы EduExo начали поставляться в августе 2017 года. На момент публикации на Kickstarter было собрано 6065 долларов.

Важно отметить, что готовый экзоскелет не будет медицинским устройством, которое на самом деле обеспечивает физиотерапию или аугментацию. Как говорится в кампании, «срабатывание слабое. Он предназначен только для иллюстрации основных принципов работы экзоскелета, будучи доступным и безопасным. Вы не сможете больше подтягиваться. Это скорее мягкое руководство вашими произвольными движениями.”

EduExo — это экзоскелет локтя с одной степенью свободы, который поставляется со всеми стандартными компонентами, которые вам нужны. Это включает в себя мотор, датчик силы, микроконтроллер Arduino Uno и интерфейсы манжеты. EduExo также предоставит пошаговое руководство, которое поможет вам на каждом этапе пути.

В обучающих материалах вы узнаете, насколько механическая конструкция похожа на анатомию человека, как соединить датчики и плату электроники, а также как спроектировать и запрограммировать систему управления.Далее вы подключите экзоскелет к компьютеру и научитесь использовать его как тактильное устройство в сочетании с виртуальной реальностью.

По заявлению компании, базовые навыки программирования и электроники, безусловно, дадут вам хорошую фору, но вы можете изучить все необходимое, используя этот комплект.

Стоимость комплекта экзоскелета EduExo

Есть варианты набора EduExo. Если у вас есть доступ к 3D-принтеру и вы хотите в основном все делать самостоятельно, вы можете получить PDF-файл справочника, STL-файлы экзоскелета и список необходимых компонентов за 30 долларов.

Специальное предложение «Ранняя пташка», в котором есть все необходимое для создания экзоскелета, будет стоить 165 долларов. Обычная стоимость комплекта EduExo составит 180 долларов. Комплект EduExo Classroom Set, который включает пять полных комплектов, будет стоить 800 долларов.

EduExo выиграл конкурс инноваций Ассоциации носимых роботов в апреле 2017 года. Этот приз был присужден жюри, состоящим из генеральных директоров и технических директоров ведущих компаний, выпускающих экзоскелеты.

Как работают экзоскелеты? — Левитация

Роботизированные экзоскелеты, впервые увиденные в научно-фантастических фильмах, теперь появляются в реальной жизни.Эта удивительная носимая технология уже используется в промышленности и медицине и проходит испытания в вооруженных силах. Технология завораживает. Когда люди слышат или читают об экзоскелетах, они становятся заинтригованными и любопытными, и они хотят узнать больше. Распространенный вопрос: «Как работают экзоскелеты?»

Машина, Знакомьтесь, Человек

Экзоскелеты — это носимые машины, которые расширяют возможности людей, которые их используют. Как и в фильмах, экзоскелеты могут сделать своих пользователей сильнее.Они могут оказать поддержку и уменьшить усталость. Они даже позволяют людям в инвалидных колясках вставать и снова ходить.

Экзоскелет и человек в нем работают вместе. Это действительно встреча человека и машины, приносящая огромную пользу человеку.

Части экзоскелета

Экзоскелет содержит рамку, которая огибает тело пользователя или его часть. Оправа иногда изготавливается из твердого материала, например металла, а иногда из мягкого материала, например из специальных тканей.Некоторые экзоскелеты содержат датчики, которые отслеживают движения пользователей и реагируют на них.

Так же, как существуют разные виды оправ для экзоскелетов, существуют также разные способы их питания. Экзоскелеты могут быть моторизованными или механическими. Некоторые работают на электричестве, в то время как другие, которые не нуждаются в электроэнергии, предлагают больше свободы своим пользователям.

Экзоскелет планера от Levitate Technologies имеет механическое питание и не требует электричества. Вместо этого он использует запатентованную систему шкивов для поддержки верхней части тела своих пользователей.

Как работают экзоскелеты в промышленности?

Экзоскелет планера предотвращает утомление верхней части тела. Это упрощает и безопаснее для рабочих использовать руки для выполнения работы, особенно когда они работают с руками над головой или выполняют повторяющиеся движения. Экзоскелет фактически снижает нагрузку на рабочих, необходимую для выполнения своей работы, на целых 80 процентов.

Как это работает? Он снимает вес рук пользователей с их шеи, спины и плеч и переносит его на их ядра.Энергия, которую тратят рабочие, распределяется более равномерно, что снижает напряжение и нагрузку на мышцы и суставы.

Планер реагирует на движения руки пользователя, обеспечивая необходимую поддержку в любой момент. Система механических шкивов обеспечивает все большую поддержку, когда пользователь поднимает руку. Когда рука опускается, экзоскелет постепенно освобождает свою опору. Когда машина и человек работают вместе, движения рук рабочего кажутся естественными, но они гораздо менее утомительны.

Экзоскелеты планера в настоящее время используются квалифицированными рабочими в автомобильной и сельскохозяйственной промышленности. Компании, использующие Airframe, включают BMW, Toyota и John Deere. Рабочие, менеджеры и руководители в восторге от преимуществ, которые они получили от использования экзоскелетов. Чтобы узнать больше о том, что Airframe может сделать для снижения затрат, повышения производительности и предотвращения травм и инвалидности в вашей компании, свяжитесь с Levitate Technologies сегодня!

Feature: Можем ли мы создать костюм «Железного человека», который даст солдатам роботизированную поддержку? | Наука

Одинокий солдат стоит в темном переулке, глядя на дверь.Несмотря на то, что он покрыт громоздкой броней, он бросается вперед, прорывается сквозь него и попадает под шквал стрельбы. Вместо того, чтобы отступить, солдат стоит прямо, когда пули безвредно стреляют в него.

Это не трейлер последнего фильма о супергероях. Это анимационный фильм, созданный военными США, призванный продемонстрировать свое видение мускулистого роботизированного экзоскелета, который они надеются использовать вместе с элитными коммандос. Названный тактическим штурмовым легким костюмом оператора, или ТАЛОС, он является центром многомиллионного исследовательского проекта, катализатором которого послужила смерть коммандос во время спасения заложников в Афганистане.Название TALOS отдает дань уважения металлическому гиганту из греческой мифологии, который охранял остров Крит, легко кружа над ним три раза в день. Более небрежно его называют костюмом Железного человека.

TALOS — это лишь часть более масштабных глобальных исследований по разработке экзоскелетов, которые наделяли бы людей сверхчеловеческой силой и выносливостью. Но вообразить Железного человека в комиксах и фильмах оказалось проще, чем построить его. Усилия полны неудач. Предшественник TALOS, названный Human Universal Load Carrier (HULC), был отложен на полку после того, как оказался непрактичным и утомлял пользователей вместо того, чтобы перегружать их.И некоторые ученые скептически относятся к тому, что TALOS и аналогичные тяжелые конструкции экзоскелетов с твердым телом будут работать в ближайшее время, заявляя, что они часто не решают фундаментальных физиологических проблем.

А. КУАДРА / НАУКА

Улучшение легкости шага человека — чуть больше, чем наклон вперед и толчок икрой — оказывается сложной инженерной задачей.Создание машины для помощи инвалидам — ​​это одно, но «с точки зрения дизайна очень сложно улучшить ходьбу и бег человека, потому что мы так хорошо в этом умеем», — говорит Хью Херр, инженер Массачусетского института медицины. Technology (MIT) в Кембридже. По его словам, разработанные до сих пор экзоскелеты слишком громоздки и имеют тенденцию бороться с естественными ритмами тела, что превращает их в «причудливые тренажеры».

В результате некоторые исследователи закрывают глаза.Они выбирают более мягкий подход, создавая костюмы, которые напоминают беговые трико, прикрепленные к моторизованным тросам, или скромный бандаж для лодыжки. Всего за последние несколько лет они наконец достигли долгожданной цели: создали экзоскелет, который фактически экономит энергию пользователя при ходьбе по ровной беговой дорожке.

Это достижение далек от того, чтобы суперсолдат выбил дверь, но оно вселяет надежду на то, что машины и микропроцессоры действительно могут улучшить здоровье человека. «Я думаю, что мы находимся на той стадии, когда братья Райт могут немного поднять самолет, но он не задерживается надолго», — говорит Дэн Феррис, ведущий ученый-экзоскелет из Мичиганского университета (UM). Анн-Арбор.

ВОЕННЫЕ ЛИДЕРЫ , стремящиеся дать солдатам больше силы, выносливости и защиты, давно мечтали о чем-то похожем на Железного человека из комиксов Marvel, чьи силы исходили от костюма робота. В конце 1960-х Управление военно-морских исследований США профинансировало разработку Hardiman, массивного 680-килограммового экзоскелета, созданного General Electric Global Research. В конечном итоге от Хардимана отказались, но идея не умерла.

В 2000 году Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA), агентство Пентагона, наиболее известное как помощь в изобретении Интернета, скрытых от радаров самолетов и беспилотных дронов, начало финансировать исследования экзоскелетов, которые могут улучшить боевые характеристики.Результатом стали различные высокотехнологичные шарнирные металлические скобы для ног. Один дизайн из лаборатории Калифорнийского университета (UC) в Беркли превратился в HULC.

К 2011 году оборонный подрядчик Lockheed Martin, который лицензировал права на использование системы Калифорнийского университета в Беркли, был готов испытать обновленный HULC, который отличался уменьшенными скобами и моторизованными суставами, в Исследовательском отделении армии США Natick Soldier Research, Development. и инженерный центр в Массачусетсе.

Шумиха была существенной.HULC «позволит солдатам делать то, что они не могут сделать сегодня, в то время как помогает защитить их от травм опорно-двигательного аппарата,» заявил Lockheed менеджер проекта Джим Ni в пресс-релизе. Компания заявила, что HULC позволит солдатам нести 90 килограммов на расстояние до 20 километров на одном заряде батареи. (См. Ниже рекламный видеоролик HULC.)

Праздник был недолгим. Когда солдаты надевали 40-килограммовый костюм и ходили по беговой дорожке, тесты показали, что они сжигают больше энергии, чем при ходьбе без посторонней помощи.В одном испытании с участием восьми пользователей HULC частота сердечных сокращений у них подскочила в среднем на 26%, а потребление кислорода выросло на 39% по сравнению с тем, когда они не использовали тренажер.

Одна большая проблема заключалась в том, что HULC заставлял пользователей ходить незнакомым образом, — говорит Карен Грегорчик, инженер-биомеханик из армейского центра Natick, руководившая тестами. Эта трудность усугублялась отсутствием координации между человеком и машиной. «Он пытается толкнуть вашу ногу вперед, а вы не готовы толкнуть ногу вперед», — говорит Грегорчик, который потратил полчаса на примерку костюма.«Это была тренировка».

Сегодня последний из прототипов HULC припаркован в лаборатории компании в Орландо, Флорида. Также приостановлена ​​работа над XOS 2, аналогичным экзоскелетом DARPA, который приобрел Raytheon.

Рекламный ролик HULC:

Падение HULC не помешало военным снова попытаться добиться большого успеха. Теперь в центре внимания находится TALOS, детище бывшего адмирала ВМС Билла Макрейвена, который до прошлого года возглавлял Командование специальных операций Пентагона (SOCOM).После того, как спецназовец SEAL погиб, застрелен при входе в комнату во время спасения заложников, Макрейвен говорит, что кто-то спросил его, почему у военных до сих пор нет хорошего способа защитить солдат в таких ситуациях. «Он сказал:« Где наш костюм Железного человека? »- вспоминает Макрейвен, ныне ректор системы Техасского университета. «У меня не было для него хорошего ответа». В начале 2013 года команда Макрейвена запустила 5-летнюю исследовательскую программу.

С самого начала в TALOS был оттенок Голливуда, и не только в рекламном ролике.Среди подрядчиков проекта была компания Legacy Effects из Калифорнии, которая шила костюмы для фильмов о Железном человеке. «Научная фантастика может вести науку», — говорит Макрейвен. «Возможно, мы никогда не получим что-то похожее на Железного человека, но это то, что мы ищем».

Пока что мало публичных подробностей о конструкции TALOS. В письменных ответах на вопросы журнала Science лейтенант-коммандер Мэтт Аллен, представитель SOCOM, нарисовал картину экзоскелета в полный рост, способного нести тяжелую бронежилет, а также антенны и компьютеры для предоставления информации о поле боя и датчики для отслеживания движения солдата. физическое состояние.На фотографиях и рекламных видеороликах прототипов показаны устройства, очень похожие на HULC, с жесткими шарнирными рамами, спускающимися по ножкам.

Но Расс Ангольд, инженер и соучредитель компании Ekso Bionics из Ричмонда, Калифорния, говорит, что дизайнеры TALOS извлекли уроки из недостатков прошлых разработок. Компания была создана для коммерциализации экзоскелета Калифорнийского университета в Беркли и изобрела первый HULC. Теперь у него есть контракты на создание прототипов TALOS. «Я думаю, что любую проблему можно решить», — говорит он.»Это вопрос времени.»

Исследователи «всесторонне» исследуют компромисс между весом, мобильностью и выносливостью, пишет Аллен. Хотя в сообщениях СМИ бюджет проекта оценивается в 80 миллионов долларов, Аллен написал: «Мы не знаем, сколько будет стоить TALOS».

Когда может появиться экзоскелет, тоже неясно. График, предусматривающий производство полнофункционального прототипа к 2018 году, «в настоящее время выполняется по графику», — сказал генерал армии Джозеф Вотель, нынешний руководитель SOCOM, на конференции в январе этого года.Но он отметил, что «остается еще много серьезных проблем».

Феррис из

UM считает, что до необходимых технических достижений — снижения веса, повышения производительности аккумулятора и обеспечения идеальной синхронности движения машины с человеком — еще далеко. «На самом деле они не разбираются в технике и науке», — говорит он о SOCOM. «Они не понимают, какой прыжок нам нужно сделать». По его оценкам, сторонникам TALOS «потребуется бюджет в 500 миллионов долларов, чтобы это произошло». Такие опасения побудили ныне вышедшего на пенсию сенатора Тома Кобурна (R – OK) включить TALOS в выпуск 2014 года в свою ежегодную книгу отходов проектов, которую он считал правительственным бесполезным занятием.

Ученые из исследовательской лаборатории армии Натика также выразили озабоченность. Военным до сих пор не хватает понимания базовой биомеханики, необходимой для успешного экзоскелета ноги, — пришли к выводу Грегорчик и несколько других в недавнем исследовательском предложении. Результатом стал подход «наугад», который привел к появлению нескольких «плохо функционирующих устройств», включая HULC. Они призывают к более фундаментальным исследованиям, чтобы понять, как взаимодействуют экзоскелет и человеческая нога. «Я думаю, что Железный человек слишком велик», — говорит Грегорчик.«Я думаю, мы должны начать с малого и сначала посмотреть, как это работает».

Герр, чья лаборатория Массачусетского технологического института построила небольшой моторизованный экзоскелет для голеностопного сустава, который открыл новые горизонты, продемонстрировав, что он действительно может улучшить ходьбу, сетует на озабоченность военных большими и громоздкими конструкциями. «Я страстно пытался убедить [министерство обороны] просто перестать зацикливаться на такой архитектуре», — говорит он.

БОЛЕЕ ПЕРСПЕКТИВНАЯ АЛЬТЕРНАТИВА , по словам некоторых защитников экзоскелетов, можно найти в Кембридже, штат Массачусетс, лаборатории, которая выглядит как нечто среднее между магазином робототехники и студией дизайна одежды.Помимо беговой дорожки, обычных двигателей и проводки, в помещении инженера Конора Уолша в Гарвардском университете есть четыре швейных машины, корзины с тканью и стойка на колесиках с черной одеждой.

Одежда символизирует иной подход к дизайну экзоскелета. Рожденный в результате новой программы DARPA под названием Warrior Web, он является полной противоположностью TALOS. Вместо того, чтобы строить здоровенную металлическую машину, которая выдерживает вес груза и которая может мешать нормальному движению, Уолш и его команда используют ткань, гибкие кабели и небольшие моторы, чтобы придать дополнительный импульс энергии каждому шагу. позволяя человеку двигаться свободно.Эти «мягкие экзокостюмы» весят всего 9 килограммов и потребляют всего 140 Вт электроэнергии — немного больше, чем настольный компьютер. Теоретически костюмы могут означать, что солдаты прибудут в конце длинного патруля менее уставшими и подверженными травмам.

Чтобы продемонстрировать, как это на самом деле работает, команда Уолша позволила репортеру опробовать систему. Экипировка — это как модель, готовящаяся к выходу на подиум. Я натягиваю черные колготки; затем Диана Вагнер, отвечающая за тканевую сторону проекта, вставляет меня в остальную одежду.Ремни плотно облегают мою талию, бедра, бедра и икры. Все должно быть аккуратно и по форме, чтобы при запуске моторов ничего не дергалось. Датчики, заправленные в шнурки для обуви и набедренные ремни, будут отслеживать движения моих ног, сообщая машине, когда действовать.

После 45 минут настройки я готов взбираться на беговую дорожку. Два инженера опускают мне на плечи рюкзак, украшенный коробками и свисающими кабелями. Они фиксируют кабели в разъемах на моей талии и ногах, а также на шпорах из углеродного волокна, которые выступают из пяток моих армейских ботинок.Я ставлю средний шаг, чтобы машина могла правильно отрегулировать тросы. Затем Игнасио Галиана, один из инженеров, запускает беговую дорожку. Я иду со скоростью около 5 километров в час.

Мой первый шаг встречен неожиданно резким рывком пятки. Он отпускает, и почти сразу же другая моя нога тянется вверх и назад. Я сохраняю равновесие и перехожу к быстрой прогулке, крошечные электродвигатели и шестеренки идут в ногу с неистовым жужжанием. Они извлекают и отпускают провода с каждым шагом, синхронизируя с моим шагом микропроцессоры и датчики движения.Даже по прошествии нескольких минут каждое нажатие слегка дергает меня, как будто я марионетка с четырьмя проводами, контролирующими мои ноги. Я хожу в костюме или он меня выгуливает?

«Мы делаем значительную часть того, что нужно вашему телу», — объясняет Галиана. «Требуется немного времени, чтобы привыкнуть к этим дополнительным силам и полностью расслабиться».

Через 12 минут на беговой дорожке он выключает экзоскелет, а я продолжаю идти. Происходит что-то неожиданное. Мои ноги внезапно становятся медленнее, а ботинки тяжелее.В моей походке меньше бодрости.

«Это то, что мы часто слышим», — с ухмылкой говорит Галиана. «Людям кажется, что они ходят по грязи».

Преимущество костюма, говорит Уолш, подтверждается цифрами. В недавнем тесте семь человек, которые ходили в костюмах и несли грузы, равные 30% их веса, в среднем на 7% эффективнее, чем без костюмов.

Солдат примеряет так называемый мягкий экзокостюм на Абердинском полигоне в Мэриленде.Тесты показали, что он помогает человеку ходить более эффективно.

Пол Феттерс

РАБОТА НА ЛАБОРАТОРНОЙ БЕГОВОЙ ДОРОГЕ — это одно. Но работает ли мягкий костюм в реальном мире?

Чтобы ответить на этот вопрос, Уолш и DARPA отправляются в глуши Абердинского испытательного полигона армии США, обширной базы площадью 30 000 гектаров к северу от Балтимора, штат Мэриленд. Прошлым летом влажным утром 28 ° C 21-летний У.Специалист южной армии Каччиаторе (он не назвал своего имени) выходит в поход. Но это не обычная тренировка. Единственная стандартная вещь — коротко остриженная стрижка. За ним следует свита из 12 человек из инженеров Гарварда, армейских ученых и официальных лиц DARPA, которые поскользнулись в грязи и прихлопнули комаров.

Группа технических специалистов следует за военным испытателем экзокостюмов, собирая данные, которые покажут, помогает ли устройство — или вредит — действиям солдата.

Пол Феттерс

Перед тем, как отправиться в путь в мягком экзокостюме и снаряжении общим весом 40 кг, Каччиатор проводит 5 минут в лаборатории, гуляя и прыгая на беговой дорожке, которая измеряет силу каждого шага. Маска помогает исследователям определить, сколько кислорода он использует. В другой день он сделает то же самое, но без экзокостюма, чтобы сравнить результаты.

Затем Каччиаторе на головокружительной скорости мчится по грязной дороге в коричневой футболке и черных трико. Шумные механизмы экзокостюма придают ему отчетливо роботизированный вид.По мере того как он идет вперед, двое следующих за ним инженеров с ноутбуками, подвешенными к их шеям, смотрят на коллаж из графиков, отслеживающих производительность оборудования.

Когда Каччиатор достигает поваленного дерева, он легко переступает через него. Провода провисают, потому что датчики движения обнаруживают нечто иное, чем обычную ходьбу.

Наблюдатели впечатлены. «Должен сказать, это круто», — говорит Майкл ЛаФьяндра, эксперт по биомеханике и начальник отделения спешенных воинов в лаборатории армейских исследований в Абердине.«Физическое увеличение было чем-то несбыточной мечтой. А теперь кажется, что это могло стать реальностью ». (См. Ниже рекламный видеоролик, демонстрирующий еще одно видение будущего экзоскелета.)

Тем не менее, есть проблемы. В конце концов, это прототип, созданный не для того, чтобы выдерживать суровые условия боя. Дважды во время похода что-то дает сбой или ломается. Как бригада ямы на Indianapolis 500, инженеры роятся над солдатом, быстро ремонтируя его.

Позже Уолш не будет детализировать общий результат тестов.«Могу сказать, что это было положительно», — допускает он. По его словам, механические проблемы в то утро были единственными за две недели испытаний.

Тем не менее, Уолш предостерегает от нереалистичных ожиданий, отмечая множество проблем. Мягкий экзокостюм предназначен, например, для ходьбы, но не для бега. Оказалось, что сложно разработать систему, которая сработает в нужный момент, когда кто-то движется по неровной местности. Некоторым людям легче адаптироваться к костюму, чем другим, предполагая, что любые преимущества могут варьироваться от пользователя к пользователю.И любая окончательная версия должна быть интегрирована со многими другими частями военной формы.

Грегорчик из армии предлагает еще один отрезвляющий список вопросов, с которыми придется столкнуться любому реальному костюму Железного человека — мягкому или жесткому. Может ли использование экзоскелета стать причиной множества травм? Будет ли выгода от производительности перевешивать затраты? «Допустим, устройство снижает метаболические затраты солдата, несущего груз, на 5%», — говорит она. «Оказывает ли это операционную выгоду? Это что-нибудь значит? »

Уоррен Корнуолл — писатель-фрилансер из Беллингема, штат Вашингтон.

Revision Военное видение будущего экзоскелета:

Возвышение экзоскелетов

Инженеры в значительной степени полагались на технологию управления движением при разработке первого носимого экзоскелета в Корнельском университете, Hardiman-1, в 1965 году. Руки, ноги и ступни использовали электрогидравлические сервоприводы, в то время как гидромеханический сервопривод управлялся руки. Гидравлическая система работала от насоса на 3000 фунтов на квадратный дюйм, позволяя человеку в костюме поднимать до 1500 фунтов и ходить со скоростью 1.7 миль / ч. Однако сам костюм весил почти 1500 фунтов, что делало его слишком тяжелым и сложным, чтобы требовать дальнейшего финансирования.

С тех пор датчики, материалы, приводы и источники питания претерпели множество постепенных инноваций. Компании, разрабатывающие экзоскелеты, больше не сталкиваются с трудностями в получении финансирования. Инвесторы признают, что у этой технологии есть много потенциально прибыльных приложений. К ним относятся выпускающие солдаты имеют больший вес в течение более длительных периодов времени, помогая пожилым людям и другим, которые страдают опорно-двигательного аппарата травмы, и давая грузчики и работники склада конкурентное преимущество в транспортировке и автотранспортной промышленности.

Продвижение датчика

Человеческое тело постоянно ощущает свое окружение и себя, чтобы правильно реагировать в самых разных средах. Между органами чувств, мышцами и мозгом происходит постоянный обмен информацией. Точно так же экзоскелеты требуют потока данных между датчиками и центральным процессором.

Для такой сложной машины потребуется множество типов датчиков, и они должны быть небольшими, эффективными и экономичными.

Hardiman Prototype arm 1970, любезно предоставлено Крисом Хантером, куратором miSci (Музей инноваций и науки, бывший музей Скенектади в Скенектади, штат Нью-Йорк)

К счастью, тенденции в области сенсоров соответствуют этим потребностям.Например, игровой контроллер Nintendo Wii был представлен с новым акселерометром от ST Microelectronics, который был меньше, более чувствителен и требовал меньше энергии, чем предыдущие разработки. Он также был разработан с расчетом на крупносерийное производство. Силиконовая пластина, из которой микросхемы для акселерометра, была увеличена с 4 дюймов в диаметре до 8 дюймов, что позволило производить больше «чипов» одновременно. Размер каждого датчика был также уменьшен с помощью нового процесса микроповерхности, который позволил ST Microelectronics изготавливать множество акселерометров всего за несколько долларов за датчик.

«Контроллер Wii привлек внимание производителей мобильных телефонов, — сказал Тони Массимини, технический директор Semico Research. «Они поняли, что датчики могут повысить ценность при сохранении конкурентоспособных производственных затрат».

Цифровые технологии только начинали укрепляться в это время, и было необходимо развивать способность обмена данными между цифровыми и аналоговыми компонентами. Одним из способов, которым это удалось, были датчики, называемые MEMS (микро-электромеханические системы). Обычно они варьируются от 0.Размер от 02 мм до 1,0 мм, но включает электромеханические компоненты в диапазоне от 0,001 до 1,0 мм. Развитие MEMS привело к бесчисленным инновациям и улучшениям в сенсорной технологии.

Например, цифровые и аналоговые акселерометры МЭМС компании ST могут обнаруживать до ± 400 г и измерять 2 x 2 x 1 мм. Kinetis KL02 от Freescale Semiconductor имеет размеры менее 2 x 2 x 0,6 мм, а модуль VL6180X от STS имеет размеры 4,8 x 2,8 x 1,0 мм — это оптический датчик, который точно измеряет расстояния до 10 см.

В этой таблице показано, как акселерометры MEMS улучшились за последнее десятилетие.

Эти улучшения означают, что несколько датчиков могут поместиться в одном корпусе. Это дополнительно снижает размер и стоимость при использовании «слияния датчиков». Слияние датчиков позволяет двум или более датчикам работать вместе для повышения точности или расширения возможностей. Например, добавление гироскопа к акселерометру позволяет акселерометру компенсировать дрейф и быть более точным. Слияние датчиков также может добавлять функции без добавления дополнительных датчиков, например, объединение акселерометра с магнитометром создает эмулируемый гироскоп.

Sensor fusion также позволяет микрофонам передавать звук. При правильном подключении несколько микрофонов снижают фоновый шум и определяют местонахождение и распознавание звука, который должен быть слышен. Аудиооборудование, которое выполняет эту задачу, может стоить более 150 долларов, и для его настройки потребуется несколько человеко-часов. Со временем это оборудование, скорее всего, будет заменено технологиями в современном смартфоне.

К сожалению, для объединения сенсоров часто требуется два чипа, и заказчики ограничены размером и стоимостью этих двух чипов.Чтобы обойти это препятствие, такие компании, как mCube, производят микросхемы непосредственно поверх интегральных схем в стандартных полупроводниковых установках с дополнительными оксидами металлов, чтобы снизить стоимость и размер.

Мощность и приводы

Чтобы создать жизнеспособный экзоскелет, инженерам нужны двигатели или некоторые другие исполнительные механизмы, которые работают быстро, чтобы не мешать естественным движениям пользователя. Гидравлика кажется хорошим способом получить механическое преимущество. Lockheed Martin, например, использовал их в своем костюме-универсальном грузовом транспортном средстве.

Сегодня гидравлика может обеспечить желаемые характеристики экзокостюма с управлением по разомкнутому или замкнутому контуру.Использование обоих дает пользователям жестко заданные переменные (разомкнутый цикл) и динамические переменные (замкнутый цикл), которые регулируются по мере необходимости.

HAL от Cyberdyne помогает пациентам, проходящим терапию, ходить и быть более независимыми.

Электроприводы, еще один хороший вариант, предлагают такие функции, как регулируемая скорость и эффективная работа. Они также становятся более «умными» благодаря добавлению датчиков, микропроцессоров и программного обеспечения.

Хотя гидравлика выглядит как наиболее распространенный привод для экзоскелетов, некоторые конструкторы все еще используют электрические приводы.Многие инженеры используют и то, и другое, чтобы лучше сочетать синтетическое и естественное движение.

По мере того, как технологии становятся все более мобильными, за последнее десятилетие увеличилась плотность батарей. В 2007 году, например, батареи с удельной энергией 600 Втч / л стоили около 1000 долларов / кВт-час. К 2013 году плотность снизилась до 1400 Вт · ч / л по цене 300 долларов за кВт · ч.

Чем выше напряжение батареи, тем короче ее срок службы. Чтобы обойти эту загадку, инженеры разработали электроды и аноды большей емкости.Они также разработали улучшенный химический состав батарей. Литий-ионные элементы, например, имеют самую высокую удельную емкость (3 860 мАч / г). Но есть опасения по поводу циклов зарядки / разрядки литиевых батарей. Они страдают от теплового выброса и могут стать причиной пожара. Новые углеродные нанокомпозиты помогают изолировать отложения лития, которые накапливаются на электроде и вызывают эту нестабильность.

Девелопмент и рынки

Lockheed Martin заявляет, что достижения в области управления движением являются движущими факторами в развитии экзоскелета, особенно улучшенная гидравлика и электромиографический (ЭМГ) контроль, который позволяет пациентам управлять электроникой, сокращая и расслабляя определенные мышцы.Достижения в области ЭМГ позволяют машине опередить человека в контуре управления, тем самым уменьшая задержку и связанные с этим метаболические затраты на сжатие и расслабление мышц.

Основная проблема с EMG заключается в том, что может быть трудно преобразовать их аналоговые частоты в привод или цифровую систему. Мышечный пульс колеблется и даже может переключать полярность. Выпрямление, широтно-импульсная модуляция и алгоритмы используются для «сглаживания» этих сигналов.

Электроды

для ЭМГ стали более чувствительными и способны обнаруживать слабые электрические импульсы через кожу.Это побуждает оборонных подрядчиков работать над средствами управления, в которых пилоты-люди взаимодействуют с компьютерами для управления самолетом, напрягая мускулы. Эта технология привлекла внимание компаний, занимающихся компьютерными играми.

Например,

YEI Technology недавно представила PrioVR, костюм для ЭМГ всего тела. Цель компании — вывести его на рынок по цене менее 400 долларов, а костюм для верхней части тела — менее 270 долларов. Оборудование могло управлять видеоперсоналом или экзоскелетом.

ReWalk построил экзоскелет, который получил одобрение FDA для продажи в качестве первого моторизованного устройства, которое будет действовать как экзоскелет для людей с параличом нижней части тела из-за травмы спинного мозга.А в 2009 году Cyberdyne заявила, что будет производить 400 своих костюмов Hybrid Assistive Limb в год и лицензировать их для больниц за 2000 долларов в месяц на реабилитацию. Три года спустя им пользовались 130 медицинских учреждений. Есть также несколько компаний, занимающихся робототехникой, которые разрабатывают и создают прототипы экзоскелетов, которые могут предотвратить изнурительные мышечные травмы, наиболее распространенный тип травм на рабочем месте.

В 2011 году травмы, вызванные подъемом, толканием, перетягиванием, удержанием и переноской, обошлись бизнесу в 14 миллиардов долларов, по сравнению с 8 миллиардами долларов всего за два года до 2009 года.Эти травмы и затраты вызывают потребность в экзоскелетах, которые служат в качестве устройств помощи при подъеме.

Еще одним фактором, определяющим спрос на экзоскелеты, является цена на топливо. Хотя цены на бензин в настоящее время низкие и будут снижаться, более высокие цены, скорее всего, вернутся. Это может привести к увеличению количества судоходных линий в США. Чтобы оставаться конкурентоспособными, грузчиков в экзоскелетах можно было использовать для погрузки и разгрузки грузов без чрезмерного истощения или травм.

Судоходство и глобальная конкуренция сделают экзоскелеты необходимыми, по словам Шона Петтерсона, генерального директора Strong Arm Technologies.Многие компании, в том числе Strong Arm Technologies, работают над пассивными и мягкими экзоскелетами, чтобы обеспечить правильную осанку и форму для подъема. Благодаря современным материалам некоторые из этих устройств, например V-22 Arm Strong Technology, весят всего несколько фунтов, но могут поднять сотни.

В сентябре 2014 года Ассоциация перспективных исследовательских проектов Министерства обороны выделила 2,9 миллиона долларов исследователям из Гарварда на разработку мягких экзоскелетов, которые достаточно удобны, чтобы их можно было носить под одеждой, и уменьшить усталость и травмы, связанные с ходьбой на большие расстояния с нагрузкой до 100 фунтов.

Однако затраты и ограничения дизайна могут препятствовать прогрессу в этой области, согласно Journal of Mechanical and Civil Engineering, опубликовала информацию о связанных конструктивных ограничениях и затратах, которые могут помешать разработке экзоскелета. Несмотря на эти препятствия, в отчете отмечается, что с 3D-печатью и быстрым прототипированием экзоскелеты могут скоро стать реальностью.

Как будут работать экзоскелеты | HowStuffWorks

В 2000-х годах поиски настоящего костюма Железного человека наконец-то начали приносить плоды.

Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA), инкубатор экзотических передовых технологий Пентагона, выделило 75 миллионов долларов на программу «Экзоскелеты для повышения работоспособности человека», чтобы ускорить процесс. Список желаний DARPA для силового бронекостюма был довольно амбициозным: ему нужна была машина, которая позволила бы солдату без устали таскать сотни фунтов снаряжения, обращаться с большим тяжелым оружием, которое обычно требует двух операторов, и иметь возможность нести других раненых солдат. за пределами поля на спине.Он также хотел, чтобы машина была неуязвима для стрельбы и могла прыгать очень-очень высоко. Некоторые исследователи отвергли эту идею как невозможную, но другие были готовы мыслить масштабно [источник: Mone].

Компания под названием Sarcos, возглавляемая создателем роботов Стивом Якобсеном, чьи предыдущие проекты включали 80-тонный механизированный динозавр, разработала инновационную систему, в которой датчики обнаруживают сокращение мышц человека-пользователя и используют их для управления серия клапанов, которые, в свою очередь, регулируют поток гидравлической жидкости высокого давления к соединениям.Эти механические соединения затем перемещают цилиндры с прикрепленными к ним кабелями, чтобы имитировать сухожилия, прикрепляющие человеческие мышцы. Результатом стал экспериментальный прототип под названием XOS, который выглядел как гибрид человека и насекомого из научно-фантастического фильма. К 2005 году XOS стал устройством, наиболее близким к видению военных, и проект перешел в стадию разработки. В конечном итоге Sarcos был приобретен Raytheon, который продолжил работу [источник: Mone].

Тем временем другие компании, такие как Berkeley Bionics, работали над уменьшением количества энергии, которое требуется протезам, чтобы экзоскелет с приводом мог работать в полевых условиях достаточно долго, чтобы быть практичным.Сообщается, что одна из разработок середины 2000-х годов, Human Load Carrier, могла проработать 20 часов без подзарядки [источник: Mone].

Ближе к концу десятилетия японская компания Cyberdyne разработала костюм робота HAL — еще более гениальную концепцию. Вместо того, чтобы полагаться на сокращения мышц оператора для движения конечностей, HAL включил датчики, которые улавливали электрические сообщения, посылаемые мозгом оператора.