BG111330A - Exoskeleton - Google Patents
Exoskeleton Download PDFInfo
- Publication number
- BG111330A BG111330A BG111330A BG11133012A BG111330A BG 111330 A BG111330 A BG 111330A BG 111330 A BG111330 A BG 111330A BG 11133012 A BG11133012 A BG 11133012A BG 111330 A BG111330 A BG 111330A
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- bracelet
- bearing
- drive
- fixed
- screws
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manipulator (AREA)
- Rehabilitation Tools (AREA)
Abstract
Description
Област на техникатаField of technology
Изобретението е в областта на мехатрониката и роботиката и се отнася до тип робот. Отнася се до екзоскелет, който се интегрира с човек като поддържа и подобрява неговите физически способности и се прилага в индустрията, в медицината, във военни и спасителни операции и др.The invention is in the field of mechatronics and robotics and relates to a type of robot. It refers to an exoskeleton that integrates with a person by maintaining and improving his physical abilities and is used in industry, medicine, military and rescue operations and more.
Предшествуващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION
Известно е устройство за подпомагане на ходенето [1], което контролира влошена мускулна сила и коригира формата на вървежа чрез насърчаване на движението посредством подпомагащо движение като вървене на човек с отслабнала мускулна сила на краката. Това устройство подпомагащо движението има един електрически актуатор за разтягане и сгъване на тазовата става на човек, друг електрически актуатор за разтягане и сгъване на колянната става на човек и един пакет, монтиран на гърба на човека, в който са поместени токоизточник за електрическите актуатори и контролно средство.A walking aid device [1] is known which controls impaired muscle strength and corrects the shape of the gait by promoting movement by assisting movement such as walking a person with weakened leg muscle strength. This motion aid device has one electric actuator for stretching and folding the pelvic joint per person, another electric actuator for stretching and folding the knee joint per person and a package mounted on the back of the person, which houses a power source for electric actuators and control means.
Недостатъци на това решение са, че устройството е прекалено тежко и сложно за изпълнение, което го прави скъпо и недостъпно за широк кръг нуждаещи се хора, и от друга страна е трудно за използване от хора с ограничени силови възможности.Disadvantages of this solution are that the device is too heavy and complicated to implement, which makes it expensive and inaccessible to a wide range of people in need, and on the other hand is difficult to use by people with disabilities.
Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention
Задачата на изобретението е да се създаде екзоскелет с автономно управление и захранване за подпомагане наThe object of the invention is to provide an exoskeleton with autonomous control and power supply to support
движенията на долните крайници без или с минимална първоначална помощ, като конструкцията да позволява изпълнение с минимално тегло и да е лесно управляем.the movements of the lower limbs without or with minimal initial assistance, the design allowing performance with minimal weight and being easily controllable.
Задачата се осъществява с робот, включващ един поддържащ скелет, актуатори за разтягане и сгъване ставите на човек, един монтиран в раница на гърба на човек интегриран мобилен блок за захранване и управление, сензори и органи за управление.The task is performed with a robot, including a supporting skeleton, actuators for stretching and folding the joints of a person, a built-in backpack on the back of a person integrated mobile power supply and control unit, sensors and controls.
Екзоскелета се състои от един електронен съгласуващ блок, който е свързан с един енергиен блок, състоящ се от акумулаторни батерии.The exoskeleton consists of an electronic matching unit that is connected to an energy unit consisting of rechargeable batteries.
Електронният съгласуващ блок е свързан електрически посредством гъвкави жични връзки също и с централния тазов задвижващ механизъм, със задвижващия механизъм към лявата тазобедрена става, със задвижващия механизъм към лявата колянна става, със задвижващия механизъм към лявата глезенна става, със задвижващ механизъм към дясната тазобедрена става, със задвижващ механизъм към дясната колянна става и със задвижващ механизъм към дясната глезенна става.The electronic matching unit is also electrically connected by flexible wire connections also to the central pelvic actuator, to the actuator to the left hip joint, to the actuator to the left knee joint, to the actuator to the left ankle joint, to the actuator to the right ankle joint. with drive mechanism to the right knee joint and with drive mechanism to the right ankle joint.
Централният тазов задвижващ механизъм е в подвижна механична връзка с ляв тазов носач и с десен тазов носач.The central pelvic drive mechanism is in movable mechanical connection with the left pelvic support and with the right pelvic support.
Задвижващият механизъм към лявата тазобедрена става е свързан подвижно механично с левия тазов носач и с левия бедрен носач по начин осигуряващ задвижването на същите, Задвижващият механизъм към лявата колянна става е свързан с носача на левия бедрен носач и с левия подбедрен носач, по начин осигуряващ задвижването между същите,The drive mechanism to the left hip joint is movably connected mechanically to the left pelvic bracket and the left femoral bracket in a manner providing the drive of the same, The drive mechanism to the left knee joint is connected to the bracket of the left hip bracket and to the left hip bracket, in a way providing between the same,
Задвижващият механизъм към лявата глезенна става е в подвижна механична връзка с левия подбедрен носач и с обувката на лявото стъпало.The drive mechanism to the left ankle joint is in movable mechanical connection with the left femoral carrier and with the shoe on the left foot.
Задвижващият механизъм към дясната тазобедрена става е свързан с десния тазов носач и с десния бедрен носач по начин осигуряващ задвижването на същите.The drive mechanism to the right hip joint is connected to the right pelvic support and to the right femoral support in a way that ensures the drive of the same.
Задвижващият механизъм към дясната колянна става е свързан с десния бедрен носач и с десния подбедрен носач по начин осигуряващ задвижването на същите, Задвижващият механизъм към дясната глезенна става е свързан подвижно механично с десния подбедрен носач и с обувката на дясното стъпало.The drive mechanism to the right knee joint is connected to the right femoral bracket and the right femoral bracket in a way that provides the drive of the same. The drive mechanism to the right ankle joint is movably connected mechanically to the right femoral bracket and the shoe of the right foot.
На показалеца, на средния пръст и на безименния пръст на лявата ръка са поставени управляващи механизми, които са свързани електрически посредством мека жична връзка със специализиран управляващ блок, закрепен към дланта на ръката. Специализираният управляващ блок е свързан електрически посредством мека жична връзка с електронния съгласуващ блок.On the index finger, middle finger and the ring finger of the left hand are placed control mechanisms, which are electrically connected by a soft wire connection with a specialized control unit attached to the palm of the hand. The specialized control unit is electrically connected by a soft wire connection to the electronic matching unit.
На показалеца, на средния пръст и на безименния пръст на дясната ръка са поставени управляващи механизми, които са свързани електрически посредством мека жична връзка със специализиран управляващ блок, закрепен към дланта на ръката. Специализираният управляващ блок е свързан електрически посредством мека жична връзка с електронния съгласуващ блок.On the index finger, middle finger and ring finger of the right hand are placed control mechanisms, which are electrically connected by a soft wire connection with a specialized control unit attached to the palm of the hand. The specialized control unit is electrically connected by a soft wire connection to the electronic matching unit.
Седемте задвижващи механизми от екзоскелета представляват изделия с идентична конструкция и с различни якостни показатели.The seven drives of the exoskeleton are products with identical construction and different strength characteristics.
..................
.* ··; · ·. * ··; · ·
Всеки един от задвижващите механизъми представлява безчетков електродвигател, свързан по механичен начин към вълнов редуктор или хармонична предавка и се състои от свързани чрез винтове един към друг, задвижване и опорен блок. Между задвижването и опорния блок е прикрепен един олекотен фланец, като от другата страна на задвижването е закрепен капак.Each of the drive mechanisms is a brushless motor, mechanically connected to a wave reducer or harmonic gear and consists of screws connected to each other, drive and support unit. A lightweight flange is attached between the drive and the support block, and a cover is attached on the other side of the drive.
Задвижването се състои от тяло, в което е набит статор на задвижващият електро двигател и лагер. В лагера лагерува вал. Една капачка фиксира и покрива лагера. Капачката е закрепена с винтове към тялото на задвижването. На вала са набити ротор на задвижващия електро двигател и лагер, с който вала лагерува в опорния блок. Неподвижно към вала, чрез шпонка е закрепен генератор на вълнов редуктор. Допълнително за тялото на задвижването, посредством планка е закрепен един абсолютен енкодер. Към оста на енкодера е монтирана ремъчна шайба. В тялото на задвижването е монтиран и капацитивен датчик. От двете страни на капацитивния датчик са фиксирани два упора.The drive consists of a body in which the stator of the driving electric motor and bearing is charged. The shaft is mounted in the bearing. One cap fixes and covers the bearing. The cap is fastened with screws to the body of the drive. The rotor is driven by the rotor of the electric drive motor and a bearing with which the shaft is mounted in the support block. A wave reducer is fixed to the shaft by means of a key. In addition to the drive body, an absolute encoder is attached by means of a plate. A belt pulley is mounted to the axis of the encoder. A capacitive sensor is also installed in the body of the drive. Two stops are fixed on both sides of the capacitive sensor.
Опорният блок се състои от гривна, към която посредством винтове е закрепена външната гривна на един специален алуминиев и с твърда анодизация ролков лагер. Към вътрешната гривна на лагера, посредством винтове е закрепено задвижването и олекотения фланец. В гривната посредством лагера е лагеруван вала на задвижването. Неподвижно към гривната, посредством винтове е закрепено гъвкавото зъбно колело на вълновия редуктор. В специално изработен за целта канал на гривната е монтиран защитен пръстен, който е с възможност да се завърта в канала спрямо самата гривна. В същия канал на гривната е монтиран подвижен краен изключвател, който е с възможност да се завърта спрямо гривната и да се фиксира в различни положения, като за целта, чрез винтове към гривната са монтирани два фиксатора и един неподвижен краен изключвател. Към подвижният краен изключвател е монтиран един палец. Към специалният лагер е монтиран неподвижно зъбен ремък, който е куплиран с ремъчна шайба. Ремъчната шайба е монтирана към абсолютния енкодер.The support block consists of a bracelet, to which the outer bracelet of a special aluminum and rigidly anodized roller bearing is attached by means of screws. The drive and the lightweight flange are attached to the inner bracelet of the bearing by means of screws. The drive shaft is mounted in the bracelet by means of a bearing. The flexible gear of the wave reducer is fixed to the bracelet by means of screws. A protective ring is installed in a specially made channel of the bracelet, which can be rotated in the channel relative to the bracelet itself. In the same channel of the bracelet is mounted a movable limit switch, which can be rotated relative to the bracelet and fixed in different positions, and for this purpose, through screws to the bracelet are mounted two clamps and a fixed limit switch. One thumb is mounted to the movable limit switch. A fixed timing belt is mounted to the special bearing, which is coupled to a pulley. The belt pulley is mounted to the absolute encoder.
Двата фиксатори и неподвижния краен изключвател са притиснати към подвижния фиксатор посредством винтове, които прикрепват фиксатора към гривната.Both clamps and the fixed limit switch are pressed against the movable clamp by means of screws which attach the clamp to the bracelet.
Предимства на предложеното решение са: олекотена и компактна конструкция, възможност за самостоятелно използване от хора с двигателни проблеми в долните крайници, възможност за автоматична (по предварително въведена програма) работа, самообучение или директно управление от потребителя чрез подаване на команди, бърза и лесна пренастройка на механичната част, възможност за използване в различни области при различни климатични условия.Advantages of the proposed solution are: lightweight and compact construction, possibility for independent use by people with motor problems in the lower extremities, possibility for automatic (previously introduced program) work, self-training or direct control by the user by issuing commands, quick and easy reconfiguration of the mechanical part, possibility for use in different areas in different climatic conditions.
Описание на приложените фигуриDescription of the attached figures
На фигура 1 е показан екзоскелета, прикрепен към човешко тяла, погледнато от страни.Figure 1 shows the exoskeleton attached to a human body viewed from the sides.
На фигура 2 е показан екзоскелета, прикрепен към човешко тяла, погледнато отзад.Figure 2 shows the exoskeleton attached to a human body viewed from behind.
На фигура 3 е показан един задвижващ механизъм, погледнат от страната на капака.Figure 3 shows an actuator viewed from the side of the cover.
На фигура 4 е показан един задвижващ механизъм, погледнат от страни.Figure 4 shows a drive mechanism viewed from the sides.
На фигура 5 е показан разрез А-А съгласно фигура 3.Figure 5 shows a section AA according to Figure 3.
На фигура 6 е показан разрез В-В съгласно фигура 3.Figure 6 shows a section B-B according to Figure 3.
На фигура 7 е показан разрез С-С съгласно фигура 4.Figure 7 shows a section C-C according to Figure 4.
На фигура 8 са показани елементите на екзоскелета, които се монтират на лявата ръка.Figure 8 shows the elements of the exoskeleton, which are mounted on the left hand.
На фигура 9 са показани елементите на екзоскелета, които се монтират на дясната ръка.Figure 9 shows the elements of the exoskeleton, which are mounted on the right hand.
На фигура 10 е сборен чертеж на един задвижващ механизъм.Figure 10 is an assembly drawing of a drive mechanism.
Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of the invention
Едно примерно изпълнение на изобретението, без да го ограничава, е показано на фигурите.An exemplary embodiment of the invention, without limiting it, is shown in the figures.
Съгласно изобретението екзостелета представлява закрепван към долните крайници поддържащ скелет, с управляващо захранващ блок в раница, която се закрепва към гърба и органи за управления, поставени на пръстите на ръцете. Екзостелета се състои от следните елементи.According to the invention, the exostellet is a support skeleton attached to the lower extremities, with a control power supply unit in a backpack which is attached to the back and controls placed on the fingers. The exostellet consists of the following elements.
Електронен съгласуващ блок 1, който е свързан с енергиен блок 2, състоящ се от акумулаторни батерии. Двата блока 1 и 2 са поместени в един транспортен контейнер 33.Electronic matching unit 1, which is connected to a power unit 2 consisting of rechargeable batteries. The two units 1 and 2 are housed in a transport container 33.
Електронният съгласуващ блок 1 е свързан със задвижващ механизъм 3 посредством гъвкава жична връзка 25.The electronic matching unit 1 is connected to the drive mechanism 3 by means of a flexible wire connection 25.
Задвижващият механизъм 3 е свързан с ляв тазов носач 23 и с десен тазов носач 22, по начин осигуряващ задвижване на същите.The drive mechanism 3 is connected to the left pelvic carrier 23 and to the right pelvic carrier 22, in a manner providing drive of the same.
Електронният съгласуващ блок 1 е свързан със задвижващ механизъм 4 посредством жична връзка 26. Задвижващият механизъм 4 е свързан с лявия тазов носач 23 и с левия бедрен носач 16 по начин осигуряващ задвижването на същите.The electronic matching unit 1 is connected to the drive mechanism 4 by a wire connection 26. The drive mechanism 4 is connected to the left pelvic bracket 23 and to the left thigh bracket 16 in a manner providing the drive of the same.
ν?··............ τ ♦ ♦ · ♦·· · * * 9 «* 7 ..*.. ,*’·* ’ · ; : ♦ · .· ν? ·· ............ τ ♦ ♦ · ♦ ·· · * * 9 «* 7 .. * .., * '· *'·; : ♦ ·. ·
Електронният съгласуващ блок 1 е свързан със задвижващ механизъм 5 посредством жична връзка 27. Задвижващият механизъм 5 е свързан с левия бедрен носач 16 и с левия подбедрен носач 17, по начин осигуряващ задвижването между същите.The electronic coordination unit 1 is connected to the drive mechanism 5 by a wire connection 27. The drive mechanism 5 is connected to the left femoral carrier 16 and to the left femoral carrier 17, in a manner providing the drive between them.
Електронният съгласуващ блок 1 е свързан със задвижващ механизъм 6 посредством жична връзка 82. Задвижващият механизъм 6 е механично свързан с левия подбедрен носач 17 и с обувката на лявото 18, по начин осигуряващ задвижването между същите.The electronic matching unit 1 is connected to the drive mechanism 6 by a wire connection 82. The drive mechanism 6 is mechanically connected to the left femoral carrier 17 and to the shoe on the left 18, in a manner providing the drive between them.
Електронният съгласуващ блок 1 е свързан със задвижващ механизъм 7 посредством жична връзка 28. Задвижващият механизъм 7 е в механична подвижна връзка с десния тазов носач 22 и десния бедрен носач 19.The electronic coordination unit 1 is connected to the drive mechanism 7 by means of a wire connection 28. The drive mechanism 7 is in a mechanically movable connection with the right pelvic support 22 and the right femoral support 19.
Електронният съгласуващ блок 1 е свързан със задвижващ механизъм 8 посредством жична връзка 29. Задвижващият механизъм 8 е в механична подвижна връзка с десния бедрен носач 19 и с десния подбедрен носач 20. Електронният съгласуващ блок 1 е свързан със задвижващ механизъм 9 посредством жична връзка 30. Задвижващият механизъм 9 е в механична подвижна връзка с десния подбедрен носач 20 и с обувката на дясното стъпало 21. На показалеца на лявата ръка е поставен управляващ механизъм 10, който е свързан с мека връзка 34 със специализиран управляващ блок 24, който от своя страна е свързан също с мека жична връзка 31 с електронния съгласуващ блок 1. На средния пръст на лявата ръка е поставен управляващ механизъм 11, който е свързан с мека връзка 35 със специализиран управляващ блок 24. На безименния пръст на лявата ръка е поставен управляващ механизъм 12, който е свързан с мека връзка 36 със ·· · ♦ · » · ft* специализиран управляващ блок 24. На показалеца на дясната ръка е поставен управляващ механизъм 13, който е свързан с мека връзка 37 със специализиран управляващ блок 25, който от своя страна е свързан чрез гъвкава жична връзка 32 с управляващ електронния съгласуващ блок 1. На средния пръст на дясната ръка е поставен управляващ механизъм 14, който е свързан с мека връзка 38 със специализиран управляващ блок 25. На безименния пръст на дясната ръка е поставен управляващ механизъм 15, който е £ свързан с мека връзка 39 към специализиран управляващ блок 25. Задвижващите механизми 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9 в случая са с идентична конструкция, но с различни размери и якостни показатели.The electronic coordination unit 1 is connected to the drive mechanism 8 via a wire connection 29. The drive mechanism 8 is mechanically movable to the right femoral bracket 19 and to the right femoral bracket 20. The electronic coordination unit 1 is connected to the drive mechanism 9 via a wired connection 30. The drive mechanism 9 is mechanically movable in connection with the right hip bracket 20 and the shoe of the right foot 21. On the index finger of the left hand is placed a control mechanism 10, which is connected to a soft connection 34 with a specialized control unit 24, which in turn is also connected by a soft wire connection 31 with the electronic coordination unit 1. On the middle finger of the left hand is placed a control mechanism 11, which is connected by a soft connection 35 with a specialized control unit 24. On the ring finger of the left hand is placed a control mechanism 12, which is connected by a soft connection 36 with ·· · ♦ · »· ft * specialized control unit 24. On the index finger of the right hand is placed a control mechanism 13, which is connected to a soft connection 37 with a specialized control unit 25, which in turn is connected by a flexible wire connection 32 to the control electronic matching unit 1. On the middle finger of the right hand is placed a control mechanism 14, which is connected to soft connection 38 with a specialized control unit 25. On the ring finger of the right hand is placed a control mechanism 15, which is £ connected by a soft connection 39 to a specialized control unit 25. The actuators 3, 4, 5, 6, 7, 8 and 9 in this case they have an identical construction, but with different sizes and strength indicators.
Всеки един задвижващ механизъм е монтиран в съответната става на екзоскелета, като единият носач се закрепя към тялото 40 на задвижването49, а другият носач от екзоскелета формиращ ставата се закрепва към гривната 46 на опорния блок 76. Всеки един задвижващ механизъм представлява безчетков електродвигател, свързан (куплиран) по механичен q начин към вълнов редуктор или хармонична предавка и се състои от два основни елемента - задвижване 49 и опорен блок 76, които са свързани чрез винтове 56 и 57 един към друг и към един олекотен фланец 77. От другата страна на задвижването 49, чрез винтове, се закрепва капак 55.Each actuator is mounted in the respective exoskeleton joint, one carrier being attached to the drive body 4049 and the other exoskeleton carrier forming the joint being attached to the bracelet 46 of the support unit 76. Each actuator is a brushless motor connected ( coupled) mechanically q way to a wave reducer or harmonic gear and consists of two main elements - drive 49 and support block 76, which are connected by screws 56 and 57 to each other and to a light flange 77. On the other side of the drive 49, through screws, fasten cover 55.
Задвижването 49 се състои от тяло 40, в което е набит статор 44 на задвижващият електро двигател и лагер 42, в който лагерува валът 41. Капачката 74 фиксира и покрива лагера 42 като е закрепена към тялото 40 с винтове 75. На вала 41 са набити ротор 53 на задвижващия електро двигател и лагер 43, с който вала 41 лагерува в опорния блок 76. Към вала 41, неподвижно, чрез шпонка 78 е закрепен генератор 54 на вълновия редуктор. Допълнително за тялото 40, посредством планка 81, е закрепен един абсолютен енкодер 50, към оста на който е монтирана ремъчна шайба 71. В тялото 40 е монтиран и капацитивен датчик 67, от двете страни на който посредством винтове са фиксирани упор 66 и упор 68.The drive 49 consists of a body 40 in which the stator 44 of the electric drive motor is driven and a bearing 42 in which the shaft 41 is mounted. The cap 74 fixes and covers the bearing 42 and is attached to the body 40 with screws 75. The shaft 41 is driven a rotor 53 of the electric drive motor and a bearing 43, with which the shaft 41 is mounted in the support unit 76. A generator 54 of the wave reducer is fixedly fixed to the shaft 41 by means of a key 78. Additionally, an absolute encoder 50 is attached to the body 40 by means of a plate 81, to the axis of which a belt pulley 71 is mounted. A capacitive sensor 67 is mounted in the body 40, on both sides of which a stop 66 and a stop 68 are fixed by screws. .
Опорният блок се състои от гривна 46, към която посредством винтове 58 и 59 е закрепена външната гривна 47 на специален алуминиев с твърда анодизация ролков лагер 45. Към вътрешната гривна 48 на лагера 45, посредством винтове 56 и 57 е закрепено задвижването 49 и олекотения фланец 77. В гривната 46, посредством лагера 43 е лагеруван валът 41 на задвижването 49. Към гривната 46, неподвижно посредством винтовете 63 и 64 е закрепено гъвкавото зъбно колело 60 на вълновия редуктор. В специално изработен за целта канал на гривната 46 е монтиран защитен пръстен 79, който е с възможност да се завърта в канала спрямо самата гривна 46. В същият канал на гривната 46 е монтиран подвижен краен изключвател 73, който е с възможност да се завърта спрямо гривната 46 и да се фиксира в различни положения. За тази цел чрез винтове към гривната 46 са монтирани два фиксатора 70 и 72 и един неподвижен краен изключвател 69, които са притиснати към подвижния фиксатор 70 и същевременно чрез винтове 58 прикрепват подвижния фиксатор 70 към гривната 46. Към подвижният краен изключвател 73 чрез винт е закрепен палец 80. Към специалния лагер 45 е закрепен неподвижно зъбен ремък 52, който куплиран с ремъчната шайба 51, монтирана към абсолютният енкодер 50.The support block consists of a bracelet 46, to which by means of screws 58 and 59 is attached the outer bracelet 47 of a special aluminum with rigid anodizing roller bearing 45. To the inner bracelet 48 of the bearing 45 by means of screws 56 and 57 is attached the drive 49 and the light flange. 77. In the bracelet 46, by means of the bearing 43, the drive shaft 41 is mounted 49. To the bracelet 46, the flexible gear 60 of the wave reducer is fixedly fixed by means of the screws 63 and 64. In a specially designed channel of the bracelet 46 is mounted a protective ring 79, which is able to rotate in the channel relative to the bracelet 46. In the same channel of the bracelet 46 is mounted a movable limit switch 73, which is able to rotate relative to bracelet 46 and to be fixed in different positions. For this purpose, two clamps 70 and 72 and one fixed limit switch 69 are mounted by screws to the bracelet 46, which are pressed to the movable clamp 70 and at the same time by screws 58 attach the movable clamp 70 to the bracelet 46. To the movable limit switch 73 by screw is a pin 80 is fixed to the special bearing 45. A toothed belt 52 is fixedly coupled to the belt pulley 51 mounted to the absolute encoder 50.
Приложение (използване) на изобретението Съществуват няколко варианта за управление на екзоскелета. Първият вариант е чрез датчици, които са разположени върху мускулите на краката и в зависимост от силата и степента на натоварване сигналите са с различна стойност (в зависимост от избрания тип датчик). Сигналите се изпращат в електронния съгласуващ блок 1, където на база степента на натовареност на мускулите се определят стойността на въртящия момент, ъгъла и скоростта на завъртане на съответния задвижващ механизъм, като се изпращат електро сигнали на задвижващите механизми за изпълнение с определените параметри. Тази информация същевременно се съпоставя с информация за моментното състояние на екзоскелета, получена от абсолютния еткодер 50 и крайните изключватели 69 и 73. Във всеки момент на движение крайните изключватели 69 и 73 предпазват човека от травмиране. При тяхно сработване екзоскелета се изключва и единственото възможно движение е в обратна посока. Задвижващите механизми са конструирани така, че и при несработване на крайните изключватели 69 и 73 по механичен път да се възпрепятсва преминаването на ъгъла на завъртане на ставата изключвайки възможност да се нарани човека. Алгоритъмът на активиране е базиран на алгоритъм напречна активация, който използва контракцията на два коленни мускула, които принадлежат на коляното и бедрото. Ако двете групи мускули, за които са прикрепени сензори за мускулна активност се активират по същото време по калибрираната минимална стойност, екзоскелетната част от противоположната страна на крака се активира автоматично в предопределения диапазон на движение. Този алгоритъм еApplication of the invention There are several options for controlling the exoskeleton. The first option is through sensors that are located on the muscles of the legs and depending on the strength and degree of load the signals have a different value (depending on the selected type of sensor). The signals are sent to the electronic coordination unit 1, where based on the degree of muscle load the value of the torque, the angle and the speed of rotation of the respective drive mechanism are determined by sending electrical signals to the drive mechanisms for execution with the specified parameters. At the same time, this information is compared with information about the current state of the exoskeleton obtained from the absolute etcoder 50 and the limit switches 69 and 73. At any moment of movement, the limit switches 69 and 73 protect the person from injury. When they work, the exoskeleton is turned off and the only possible movement is in the opposite direction. The actuators are designed in such a way that even in the event of failure of the limit switches 69 and 73, the passage of the angle of rotation of the joint is mechanically prevented, excluding the possibility of injuring the person. The activation algorithm is based on a transverse activation algorithm that uses the contraction of two knee muscles that belong to the knee and thigh. If the two muscle groups to which muscle activity sensors are attached are activated at the same time at the calibrated minimum value, the exoskeletal part on the opposite side of the leg is activated automatically in the predetermined range of motion. This algorithm is
подходящ да оперира ходово спомагателния екзоскелет само ако синхронизираното време на активиране между една страна на сензорите за мускулна активност и другата страна на колянно подпомагащата система може да се осъществи.suitable to operate the auxiliary exoskeleton only if the synchronized activation time between one side of the muscle activity sensors and the other side of the knee support system can take place.
Сензорите за мускулна активност са разположени върху мускулите на краката прекрепени с гъвкави ленти. Сигналите получени от тях се предават до електронния съгласуващ блок 1. Сигналите от крайните изключватели 69 и 73, от абсолютния еткодер 50 и сигналите от мускулите се сумират в електронния съгласуващ блок 1, сравняват се и в зависимост от необходимостта се изпраща информация към задвижващите механизми за извършване от тяхна страна на въртеливо движение по скорост, посока и ъгъл на завъртане с краен резултат предвижване на човека.The sensors for muscle activity are located on the muscles of the legs fastened with flexible straps. The signals received from them are transmitted to the electronic matching unit 1. The signals from the limit switches 69 and 73, from the absolute etcoder 50 and the signals from the muscles are summed in the electronic matching unit 1, compared and, if necessary, information is sent to the actuators. performing on their part a rotational movement in speed, direction and angle of rotation with the end result of human movement.
Друг начин за управление на екзоскелета е чрез управляващите механизми, монтирани на ръцете на човек. Така чрез осъществяване на връзка между управляващия механизъм 10, специализирания управляващ блок 24 и електронния съгласуващ блок 1, с електрически сигнал се предава посоката, скоростта и големината на взаимно преместване на задвижващия механизъм 4. По същия начин управляващия механизъм 11, специализирания управляващ блок 24 и електронния съгласуващ блок 1 изпращат електрически сигнал за посоката, скоростта и големината на работата на задвижващия механизъм 5. Управляващия механизъм 12, специализирания управляващ блок 24 и електронния съгласуващ блок 1 изпращат електрически сигнал за посоката, скоростта и големината на работата на задвижващия механизъм 6. Управляващия механизъм 13, специализирания управляващ блок 25 и електронния едрдаЗ^радай1 Another way to control the exoskeleton is through the control mechanisms mounted on a person's hands. Thus, by making a connection between the control mechanism 10, the specialized control unit 24 and the electronic coordination unit 1, an electric signal transmits the direction, speed and magnitude of mutual movement of the drive mechanism 4. In the same way, the control mechanism 11, the specialized control unit 24 and the electronic coordination unit 1 sends an electrical signal for the direction, speed and magnitude of operation of the drive mechanism 5. The control mechanism 12, the specialized control unit 24 and the electronic coordination unit 1 send an electrical signal for the direction, speed and magnitude of operation of the drive mechanism 6. The control unit mechanism 13, the specialized control unit 25 and the electronic control unit 1
съгласуващ блок 1 изпращат електрически сигнал за посоката, скоростта и големината на работата на задвижващия механизъм 7. Управляващия механизъм 14, специализирания управляващ блок 25 и електронния съгласуващ блок 1 изпращат електрически сигнал за посоката, скоростта и големината на работата на задвижващия механизъм 8. Управляващия механизъм 15, специализирания управляващ блок 25 и електронния съгласуващ блок 1 изпращат електрически сигнал за посоката, скоростта и големината на работата на задвижващия механизъм 9.Coordinating unit 1 sends an electrical signal for the direction, speed and magnitude of operation of the drive mechanism 7. The control mechanism 14, the specialized control unit 25 and the electronic coordination unit 1 send an electrical signal for the direction, speed and magnitude of operation of the drive mechanism 8. The control mechanism 15, the specialized control unit 25 and the electronic coordination unit 1 send an electrical signal for the direction, speed and magnitude of the operation of the drive mechanism 9.
Всеки от седемте задвижващи механизми се захранва и управлява съответно от захранващия блок позиция 2 и управляващия блок 1, като връзката между тях се осъществява чрез съответните гъвкави проводници. Тези проводници служат и за обратна връзка, като пренасят информация от абсолютния енкодер 50 и крайните изключватели 69 и 73 към електронния съгласуващ блок 1. Задвижващите механизми работят по следния начин.Each of the seven actuators is powered and controlled by the power supply unit position 2 and the control unit 1, respectively, and the connection between them is made by the respective flexible wires. These wires also serve as feedback, transmitting information from the absolute encoder 50 and the limit switches 69 and 73 to the electronic matching unit 1. The actuators work as follows.
Роторът на електро двигателя задвижва вала, към който неподвижно е закрепен генератора на вълновия редуктор 54. Той от своя страна завърта гъвкавото зъбно колело 60, което е неподвижно закрепено към гривната 48. Усилията се поемат от специалният ролков лагер 45, за вътрешната гривна 48 на който са закрепени задвижването 49 и олекотения фланец 77 на вълновия редуктор, а за външната е закрепена гривната с гъвкавото зъбно колело. Ъгълът на завъртане между двете подвижни части се отчита от абсолютният енкодер 50 неподвижно закрепен към тялото и завъртан от ремъчната шайба 51 монтирана на оста му. Ремъчната шайба 51 се завърта от зъбният ремък 52 неподвижно закрепен към външната гривна 48 на специалния ролков лагер 45, при относителното завъртане на гривните на лагера една спрямо друга. Големината на допустимият ъгъл на завъртане се контролира от капацитивния датчик 67, който сработва и прекъсва движението при заставане пред него на един от двата крайни изключвателя 69 и 73 в следствие на относителното завъртане на подвижните части една спрямо друга. Допълнително е предвидена твърда блокировка в крайните положение при контакт между някои от двата упора с издатината на съответния краен изключвател.The rotor of the electric motor drives the shaft to which the generator of the wave reducer 54 is fixed. It in turn rotates the flexible gear 60, which is fixed to the bracelet 48. The forces are absorbed by the special roller bearing 45, for the inner bracelet 48 of which are attached to the drive 49 and the lightweight flange 77 of the wave reducer, and to the outer is attached the bracelet with the flexible gear. The angle of rotation between the two movable parts is read by the absolute encoder 50 fixed to the body and rotated by the belt pulley 51 mounted on its axis. The belt pulley 51 is rotated by the toothed belt 52 fixedly attached to the outer bracelet 48 of the special roller bearing 45, with the relative rotation of the bearing bracelets relative to each other. The size of the allowable angle of rotation is controlled by the capacitive sensor 67, which is activated and interrupts the movement when standing in front of it on one of the two limit switches 69 and 73 due to the relative rotation of the moving parts relative to each other. In addition, a rigid lock in the end positions is provided in case of contact between some of the two stops with the protrusion of the respective limit switch.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG111330A BG66787B1 (en) | 2012-10-29 | 2012-10-29 | Exoskeleton |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG111330A BG66787B1 (en) | 2012-10-29 | 2012-10-29 | Exoskeleton |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BG111330A true BG111330A (en) | 2014-04-30 |
| BG66787B1 BG66787B1 (en) | 2018-11-30 |
Family
ID=51454403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BG111330A BG66787B1 (en) | 2012-10-29 | 2012-10-29 | Exoskeleton |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| BG (1) | BG66787B1 (en) |
-
2012
- 2012-10-29 BG BG111330A patent/BG66787B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BG66787B1 (en) | 2018-11-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhu et al. | Design and validation of a torque dense, highly backdrivable powered knee-ankle orthosis | |
| Lee et al. | Improved assistive profile tracking of soft exosuits for walking and jogging with off-board actuation | |
| CN111110519B (en) | Multi-sensing intelligent wearable lower limb exoskeleton robot | |
| US9662262B2 (en) | Joint torque augmentation system and method for gait assistance | |
| KR101065420B1 (en) | Wearable Robotic System for the Rehabilitation Training of upper limbs | |
| Ding et al. | Multi-joint actuation platform for lower extremity soft exosuits | |
| CN102113949B (en) | Exoskeleton-wearable rehabilitation robot | |
| Siviy et al. | Offline assistance optimization of a soft exosuit for augmenting ankle power of stroke survivors during walking | |
| CN101984946B (en) | Sitting exoskeleton lower limb rehabilitation robot | |
| Sanz-Merodio et al. | A lower-limb exoskeleton for gait assistance in quadriplegia | |
| CN109248050A (en) | A kind of device of walking aid | |
| CN102327173A (en) | Wearable exoskeleton lower limb rehabilitation robot | |
| CN211193877U (en) | Wearable lower limb rehabilitation exoskeleton robot | |
| CN109248408A (en) | A kind of whole body healing robot | |
| JP6238223B2 (en) | Walking support device | |
| KR20200093056A (en) | Drive assembly for moving body parts | |
| Chaichaowarat et al. | Passive knee exoskeleton using brake torque to assist stair ascent | |
| Sancho-Pérez et al. | Mechanical description of ATLAS 2020, a 10-DOF paediatric exoskeleton | |
| EP3378446B1 (en) | System for assisting walking | |
| Han et al. | Research on a multimodal actuator-oriented power-assisted knee exoskeleton | |
| CN108721062A (en) | Lightweight walking aid device with energy recovery function | |
| Bacek et al. | A novel modular compliant knee joint actuator for use in assistive and rehabilitation orthoses | |
| BG111330A (en) | Exoskeleton | |
| de Araujo et al. | Ortholeg project-development of an active orthosis prototype for lower limbs | |
| JPWO2016148257A1 (en) | Implantable motion assist device and implantable walking assist device |