Экзокостюм своими руками: Экзоскелет своими руками / Хабр

Содержание

Экзоскелеты: что это и где их применяют

Экзоскелеты не только дают человеку силу и выносливость, но и буквально помогают встать на ноги. РБК Тренды рассказывают, какие роли выполняют робокостюмы

Экзоскелет — это мобильный механизм, который работает при помощи системы электродвигателей, рычагов, гидравлики и других технологических решений. Экзоскелеты предназначены для восполнения утраченных функций человека, а также для увеличения силы мышц и расширения амплитуды движений.

Первый прототип экзоскелета создала компания General Electric совместно с армией США в 1960-е годы. Названный «Хардимэн», он весил 680 кг, имел восемь шарниров и два захвата, соединенных гидравлической и электронной сетями. Технологи рассчитали, что экзокостюм поможет человеку поднимать вес около 110 кг, но в реальных тестах разработка себя не оправдала. Когда систему приводили в действие, она выполняла хаотичные движения. Разработки прототипов продолжили.

Прототип экзоскелета профессора Али Сейрега из Университета машиностроения Мэдисона, 1970-е годы

Сегодня экзоскелеты применяются во многих областях — от медицинской реабилитации до промышленного производства. РБК Тренды рассказывают, какие бывают экзоскелеты и как они работают.

Для реабилитации

Российская компания ExoAtlet предлагает медицинские экзоскелеты для реабилитации пациентов с нарушениями опорно-двигательного аппарата и нервной системы в нижней части тела. Они управляются при помощи кнопок, расположенных на костылях, и приводятся в движение благодаря сигналам от датчиков и электромиограммы. Алгоритмы устройства и встроенные приводы повторяют естественную ходьбу человека. ExoAtlet весит около 20 кг, однако пациент не ощущает этот вес, поскольку движения автоматизированы и поддерживаются самой системой. Экзоскелет стоит около ₽4 млн.

Экзоскелет ExoAtlet

Другая российская компания Simbionix представила экзоскелет «Компаньон», предназначенный для восстановления двигательной активности людей с повреждениями спины и нижнего пояса конечностей. Механизм крепится к телу с помощью специальных инструментов, его можно регулировать по ширине и глубине таза, длине бедра и голени. Экзоскелет выдерживает вес до 120 кг и подходит для людей ростом до 2 м. Из-за герметичности его можно использовать при температуре воздуха от минус 30 до плюс 50 °C° и в любых погодных условиях.

«Компаньон» имеет съемный аккумулятор и внешний модуль управления. При активном использовании заряда хватит на три часа, а в пассивном режиме — до пяти часов. Экзоскелет весит 8,5 кг и выполнен из высокопрочного пластика и сплава титана. Он предполагает разные режимы — ходьба, вставание, подъем по ступенькам, приседание. Есть возможность управлять длиной и высотой шага с помощью дистанционного пульта.

Экзоскелет «Компаньон»

(Фото: symbionix.ru)

Компания утверждает, что устройство эффективно при реабилитации и поддержке людей с мышечной дистрофией, травмами спинного мозга, инсультами, нервно-мышечными и нейродегенеративными заболеваниями, черепно-мозговыми травмами.

Американская Trexo Robotics разработала экзоскелеты для детей с ограниченными возможностями. Функция индивидуальной регулировки делает Trexo универсальным инструментом, помогающим самостоятельно передвигаться детям с церебральным параличом, травмами мозга, повреждениями спинного мозга, параплегией, мышечной дистрофией, синдромом Ретта и другими заболеваниями. Месяц аренды устройства стоит $1 000.

Экзоскелет Trexo Robotics

Trexo Home управляется с планшета. Экзоскелет позволяет регулировать нагрузку на тело, характер походки, скорость движения и имеет функцию активной помощи мышцам. Его поставляют с обучающими инструкциями.

Нижняя часть Trexo имеет две раздвижные части от бедра до колена и от колена до щиколотки. Ширину бедер тоже можно регулировать, как и высоту опорной рамы.

Для больших нагрузок

Японская компания Aton презентовала несколько прототипов экзоскелета KOMA 1.5, силового костюма, который помогает без усилий подниматься и опускаться, нести тяжелые предметы манипуляторами-руками, поддерживать движение. Благодаря встроенным камерам с искусственным интеллектом экзоскелет обнаруживает и избегает препятствия.

Прототип экзоскелета KOMA 1.5

(Фото: atoun.co.jp)

KOMA 1.5 имеет два режима. Первый, «Buggy Mode», позволяет перемещать грузы по гладкой и ровной поверхности, например, внутри склада. Второй, «Two-Legged Mode», предназначен для подъемов с грузом и преодоления препятствий. В этом режиме колеса экзоскелета убираются назад, образуя две ноги с приводом, повторяющие движения ног человека.

В России в 2021 году компания «Ростех — Доверенные платформы робототехнические комплексы» начала выпускать модульные экзоскелеты ProEXO, которые защищают рабочих при тяжелых физических нагрузках. Базовая стоимость комплекса составляет ₽30 тыс.

Экзоскелет ProEXO

Такой экзоскелет может быть пассивным — для защиты опорно-двигательного аппарата сотрудника от перегрузок, или активным — со встроенными приводящими моторами, которые берут на себя большую часть физических нагрузок. Он помогает выполнить более 11 производственных операций, в том числе погрузочно-разгрузочные работы. В компании заявили, что «с экзоскелетом 30 кг груза будут ощущаться, как 15 кг».

Для промышленности и ЧС

Российская Exorise предлагает три модели экзоскелетов — X-Soft, X-Rise и X-Arm.

X-Soft — это мягкий экзоскелет, предназначенный для разгрузки спины при наклонах и поворотах с грузом или без него. Он весит всего 1,5-2 кг.

X-Arm относится к линейке «тяжелых экзоскелетов» и весит около 10 кг. Благодаря прочным опорам он позволяет нивелировать вес используемых инструментов массой до 40 кг.

Модель X-Rise весит около 3 кг, она поддерживает руки во время выполнения манипуляций, которые требуют их длительного удержания на весу.

Женская модель X-Soft

(Фото: exorise. com)

Экзоскелеты Exorise — пассивного типа, так как они работают за счет накопления и отдачи энергии без электрики. С помощью силы гравитации рабочий сам «заряжает» свое устройство. Разработчики заявляют, что экзоскелет можно адаптировать под разные задачи, он износостойкий и жаростойкий. Его предлагают применять в промышленности, при строительстве, на складах, при работе в МЧС.

Для строительства

Экзоскелеты Sarcos Robotics серии Guardian обеспечивают перенос веса из одной части тела на другую при выполнении определенного типа работ. Также они смещают нагрузку с рук на ноги, когда рабочему нужно долго держать руки на весу. Это помогает снизить мышечное напряжение и повысить выносливость работников стройплощадок.

Экзоскелет Sarcos Robotics

Экзоскелет имеет 24 степени свободы и предупреждающие о препятствиях датчики.

Он оснащен удобным интерфейсом управления, который отображает различные уведомления. Режим «Свободные руки» позволяет оператору заблокировать руки костюма с грузом на весу, чтобы одновременно выполнять сложные задачи своими собственными.

Многие компании выпускают экзоскелеты, обеспечивающие поддержку рук, так как они лучше всего подходят для выполнения задач, связанных с резкой, сверлением и шлифованием поверхностей. Конструкции поддерживают руки и плечи таким образом, что нагрузка от постоянного удерживания тяжелых инструментов уменьшается.

Так, EksoVest Bionics задействовала механизм на пружинах в обеих руках экзоскелета, чтобы человеку было проще удерживать на весу тяжелые предметы. А экзоскелет от компании Levitate Technologies использует систему колесиков с приводами для решения аналогичной задачи.

Экзоскелет EksoVest Bionics

Для армии

Компания Lockheed Martin разработала для армии США системы ONYX для нижней части тела, которые повышают мобильность и снижают утомляемость. Конструкция уменьшает усилия, прилагаемые при ходьбе и лазании, а также дает солдату возможность переносить на себе больше оборудования, необходимого для выполнения боевых задач. Кроме того, она распределяет ортопедическую нагрузку так, чтобы не травмировался позвоночник.

Экзоскелет Lockheed Martin

В России в 2020 также испытали экзоскелет для военных производства корпорации «Ростех». При весе 6 кг устройство позволяет переносить боевую экипировку и вооружение массой до 60 кг. Экзоскелеты уже поставляются в инженерные войска и используются в госпиталях для реабилитации пациентов.

Экзоскелет «Ростеха»

(Фото: rostec.ru)

На форуме «Армия-2021» «Ростех» показал первый опытный образец боевого экзоскелета с электродвигателями. Он работает в активном и пассивном режимах. Первый включается, когда солдат перемещается по пересеченной местности или горам. Электродвигатели с датчиками давления в стопах адаптируются под особенности движений человека. В пассивном режиме экзоскелет помогает при передвижении по горизонтальной поверхности с грузом.

Для ходьбы и бега

Группа инженеров под руководством Конора Уолша из Гарвардского университета в 2019 году представила носимый экзоскелет, способный снижать энергозатраты во время ходьбы и бега. Он подтягивает ноги в определенные моменты движения. Во время ходьбы экзоскелет снижает энергозатраты на 9,3%.

Экзоскелет для ходьбы и бега

Экзоскелет состоит из нескольких связанных между собой частей. Они крепятся на бедрах, талии и плечах. На задней части устройства расположен блок с электромоторами, связанными с двумя тросами. На других концах эти тросы закреплены на бедрах. Когда нога движется назад, трос натягивается с помощью электромотора и облегчает работу мышц.

В 2020 году ученые из Стэнфорда разработали свой прототип экзоскелета, который дает возможность снизить нагрузку на ноги при беге и при ходьбе. Он позволяет снизить затраты энергии на бег уже на 15%.

Экзоскелет крепится к голени при помощи ремней, также он закрепляется на обуви при помощи веревки, которая пропускается петлей под стопой. У экзоскелета есть небольшая поддерживающая углепластиковая платформа, которая размещается под стопой. Он управляется с использованием системы тросов, натягиваемых или ослабляемых внешними электромоторами.

Прототип экзоскелета стэнфордских инженеров

Подобные экзоскелеты позволят облегчить работу курьеров и почтальонов, а также работников других сфер, которым требуется много ходить.

Перспективы экзоскелетов

Бристольский университет работает над мягкой роботизированной одеждой, которая могла бы помочь людям избежать падений, поддерживая их во время ходьбы и давая бионическую силу. Благодаря элементам из графена она будет включать в себя также технологии электрической стимуляции и мониторинга всего тела: суперконденсатор, устройство для электрокардиограммы, мониторинга активности, отслеживания движения глаз, датчик температуры и гибкие нагревательные элементы. Исследователи полагают, что эта технология может в конечном итоге привести к отказу от инвалидных кресел.

«Многие существующие устройства, используемые людьми с ограниченными возможностями передвижения, могут вызывать или усугублять такие состояния, как плохое кровообращение, повреждение кожи или склонность к падению, — говорит доктор Джонатан Росситер, профессор робототехники в Бристольском университете. — Носимая мягкая робототехника может решить многие из этих проблем и в то же время снизить расходы на здравоохранение».

Экзоскелет своими руками | Хакадей

20 января 2022 г. Мэтью Карлсон

Хотя это и не совсем пещера, идея создания собственного экзоскелета с ограниченным набором инструментов действительно напоминает Тони Старка. [Эндрю Пиччинно] — инженер-механик, мечтающий о 3D-печати экзоскелета всего тела под названием 3X0. Это проект, над которым он размышлял еще со времен колледжа, но всерьез работа над ним началась около пяти месяцев назад. К сожалению, здесь слишком много фотографий, но посмотрите его Instagram или makeprojects, чтобы найти больше фотографий.

Чтобы убедиться, что детали подходят, [Эндрю] начал с создания сетки своего тела. После того, как он прогнал пятьдесят своих относительно неподвижных фотографий через какое-то программное обеспечение для фотограмметрии, у него была приличная сетка. Хотя измерения не были точными до миллиметра, относительные размеры всего были достаточно точными. Хотя дизайн моделируется с учетом его размеров, все различные части являются параметрическими, что теоретически позволяет кому-то настраивать дизайн под свое тело.

На данный момент все детали полностью напечатаны на 3D-принтере, за исключением стальных шарикоподшипников, газовых поршней и натяжных лент. Детали, не напечатанные на 3D-принтере, выбраны так, чтобы их было легко достать, поскольку газовый поршень всего лишь 100 Н, как мебельный поршень. Процесс проектирования включает в себя довольно много математики, изучения движения и моделирования, чтобы убедиться, что деталь, которую он печатает, не только подходит, но и движется правильно. Многие детали, такие как плечо, построены вокруг большого специального подшипника, который позволяет детали правильно двигаться вместе с суставами пользователя.

Находясь в середине разработки, [Эндрю] добился серьезного прогресса, и мы с нетерпением ждем его завершения. Текущая конструкция в основном пассивная, всего с несколькими пружинами и поршнями, но он уже с нетерпением ждет возможности сделать ее активной до такой степени, чтобы она могла увеличивать движения пользователя, а не просто снимать нагрузку. Понятно, что [Эндрю] считает, что экзоскелеты — это взгляд в потенциальное будущее, и мы не можем с этим не согласиться. В том же ключе, возможно, методы, используемые в этом экзоскелете с приводом от бюджета, могут быть использованы для питания 3X0?

Рубрика: Машиностроение, ЛайфхакиTagged 3д печать, 3х0, Экзоскелет своими руками

25 января 2016 г., Джеймс Хобсон

Как некоторые из вас могут знать или не знать, меня интересует все, что связано с экзоскелетом. Я возился со своими собственными дизайнами в течение прошлого года или около того, и только в прошлые выходные протестировал новейший дизайн нижней части тела. Есть много скучных (и некоторые сказали бы безопасных) способов проверить это. Но это не весело. Для своего теста я использовал нижнюю часть экзоскелета, чтобы поднять Mini Cooper.

Возможно, вы помните мой первоначальный дизайн верхней части кузова, который я собрал в своем гараже в качестве доказательства концепции. Оно хорошо сработало для того, чем было, и, что удивительно, покорило интернет, набрав более миллиона просмотров за одну неделю видео о том, как я скручиваю 170 фунтов на заднем дворе. Начался пожар — я знал, что должен сделать что-то лучше. И это было началом моих поисков по созданию экзоскелета с питанием от всего тела.

Самая большая проблема с оригиналом заключалась в отсутствии поддержки спины — неважно, какой вес я мог поднять, это все еще был мой слабый человеческий скелет. Итак, пришло время вернуться к чертежной доске и начать проектирование с нуля. Читать далее «Самодельный экзоскелет легко поднимает Mini Cooper» →

Posted in Разные хаки, SliderTagged экзоскелет своими руками, экзоскелет, экзоскелет поднимает автомобиль, Hacksmith, пневматический экзоскелет, костюм

DIY Exoskeletons Roundup Exoskeleton Report

Некоторые из величайших компаний начинали как небольшие проекты «сделай сам» (DIY) в чьем-то гараже. Apple, Harley Davidson, HP, Mattel и многие другие начинались как крошечные предприятия в жилой зоне. Поэтому имеет смысл следить не только за экзоскелетами, разработанными учеными в исследовательских лабораториях и инженерами в компаниях и стартапах, но и за проектами, которые делают обычные люди в свободное время. Ниже приведен обзор некоторых отличных самодельных экзоскелетов:

Экзоскелет руки, управляемый EMG (июль 2015 г.):

Создатель Джеймс Хо демонстрирует экзоскелет локтя, работающий на сжатом воздухе. Во второй итерации (видео выше) плата Arduino облегчает управление ЭМГ воздушным компрессором, используемым для питания устройства.

Экзоскелет, сделанный из инвалидной коляски (август 2015 г.)

Личность YouTube MrTeslonian организует «Шоу изобретений, исследований, размышлений и исследований!» и построил полный экзоскелет тела полностью из частей инвалидной коляски. Экзоскелет в настоящее время обесточен, но к костюму добавляется кабельная система, облегчающая приведение в действие. Несмотря на то, что это упражнение в машиностроении, есть что-то поэтичное в том, чтобы увидеть носимого робота, полностью сделанного из частей инвалидной коляски, и это делает гораздо более правдоподобным то, что носимая робототехника станет помощником при ходьбе в недалеком будущем. .

Экзоскелет локтя (Элизиум) (август 2014 г.)

Участник YouTube Хаксмит сконструировал экзоскелет локтя с электроприводом, соединенный с рюкзаком. Что еще более важно, его серия из 16 серий документирует всю разработку и создание его носимого робота. От первоначального вдохновения фильмом «Элизиум», первых эскизов, чертежей SolidWorks, распаковки основных деталей до их окончательной сборки. Этот мини-сериал кажется органичным, и временами зрителя тянет в гараж создателя. Есть один момент, когда Хаксмит обнаружил, что нагрузка на плечи будет намного больше, чем предполагалось ранее, но он быстро проходит через несколько модернизаций конструкции, пока не удостоверится, что устройство выдержит вес. Неудивительно, что в настоящее время (2015 г.) это самый просматриваемый самодельный экзоскелет на YouTube!

Пневматический экзоскелет нижних конечностей (апрель 2014 г.)

Наш последний пользователь YouTube, Arduino67069 изготовил полностью функционирующий пневматический экзоскелет нижних конечностей для реабилитации. В экзоскелете используется контроллер Arduino, который циклически повторяет заранее запрограммированные схемы ходьбы. Если пользователь отпускает переключатель управления, носимый робот немедленно выполняет аварийную остановку.

Последние новости туризма на сегодня 2022

Отдых и Туризм — Новости туризма 2022

Правильное питание

Общество

Cпорт отдых туризм

Бизнес

Спорт