Экзоскелет с электроприводом
Экзоскелет с электроприводом ( также известный как силовая броня , силовая броня , силовой костюм , кибернетический костюм , кибернетическая броня , экзокостюм , жесткий костюм, экзокаркас или увеличенная мобильность ) [ 1] представляет собой носимую мобильную машину , которая приводится в действие системой электродвигателей , пневматики . , рычаги , гидравлика или сочетание технологий, позволяющих выполнять движения конечностей с повышенной силой и выносливостью. [2]Его конструкция направлена на обеспечение поддержки спины, определение движения пользователя и отправку сигнала на двигатели, которые управляют шестернями. Экзоскелет поддерживает плечо, талию и бедро, а также помогает поднимать и удерживать тяжелые предметы, одновременно снижая нагрузку на спину. [3]
Активный экзоскелет отличается от пассивного экзоскелета тем, что пассивный экзоскелет не питается. Однако, подобно экзоскелету с электроприводом, он дает пользователю механические преимущества. [4] [5] Это также объясняет разницу с ортопедическими стельками . Ортез должен способствовать активности мышечной работы и, в лучшем случае, восстанавливать ее.
Самым ранним известным экзоскелетоподобным устройством был аппарат для помощи движению, разработанный в 1890 году русским инженером Николаем Ягиным. Он использовал энергию, хранящуюся в мешках со сжатым газом, чтобы помочь в движении, хотя он был пассивным и требовал человеческой силы. [6] В 1917 году американский изобретатель Лесли К. Келли разработал то, что он назвал педомотором, который работал на паровой энергии с искусственными связками , действующими параллельно движениям пользователя. [7] Эта система смогла дополнить человеческую силу внешней силой.
В 1960-х годах начали появляться первые настоящие «мобильные машины», интегрированные с человеческими движениями. Костюм под названием Hardiman был совместно разработан компанией General Electric и вооруженными силами США . Костюм приводился в действие гидравликой и электричеством и увеличивал силу владельца в 25 раз, так что подъем 110 кг (240 фунтов) ощущался как подъем 4,5 кг (10 фунтов). Функция, называемая силовой обратной связью, позволяла владельцу чувствовать силы и объекты, которыми манипулируют.
У Hardiman были серьезные ограничения, в том числе его вес в 680 кг (1500 фунтов). [8] Он также был спроектирован как система «ведущий-ведомый»: оператор находился в главном костюме, окруженном внешним костюмом подчиненного, который выполнял работу в ответ на движения оператора. Время отклика костюма раба было медленным по сравнению с костюмом, состоящим из одного слоя, а жуки вызывали «насильственное и неконтролируемое движение машины» при одновременном движении обеих ног. [9] Медленная скорость ходьбы Хардимана, равная 0,76 метра в секунду (2,5 фута в секунду или чуть менее 2 миль в час), еще больше ограничила практическое использование, и проект не увенчался успехом. [10]
Примерно в то же время первые активные экзоскелеты и роботы-гуманоиды были разработаны в Институте Михайло Пупина в Югославии группой под руководством профессора Миомира Вукобратовича . [11] Системы передвижения на ногах были разработаны в первую очередь с целью оказания помощи в реабилитации лиц, страдающих параличом нижних конечностей. В ходе разработки активных экзоскелетов Институт также разработал теорию, помогающую анализировать и контролировать походку человека. Некоторые из этих работ легли в основу разработки современных высокопроизводительных роботов-гуманоидов. [12] В 1972 году в Белградской ортопедической клинике был испытан активный экзоскелет для реабилитации паралича нижних конечностей с пневматическим приводом и электронным программированием. [12]
