RU2563209C2

RU2563209C2 - Cargo exoskeleton, back cardan assembly and annular cardan of cargo exoskeleton

Info

Publication number: RU2563209C2
Application number: RU2014119558/12A
Authority: RU
Inventors: Сергей Васильевич Злыдарь
Original assignee: Сергей Васильевич Злыдарь
Priority date: 2014-05-15
Filing date: 2014-05-15
Publication date: 2015-09-20
Also published as: WO2015174890A1; RU2014119558A

Abstract

FIELD: personal use articles.

SUBSTANCE: cargo exoskeleton comprises a frame with elements of fastening to the body, two pairs of hip and ankle levers. The frame consists of a shoulder unit in the form of a combination of X-shaped connected plates, L-shaped curved at the ends, and a back cardan assembly connected to it through two support platforms of the lumbar unit consisting of a belt-rocker curved in the shape of the lumbar region of the human body, wherein in the upper midpoint of the rocker a support platform of the back cardan is mounted, and the ends of the rocker with fastening elements of the cardan rings are lowered and are at the level of the hip joints. Connection of spatial shells of the hip levers to the frame is carried out by means of the annular cardans with two degrees of freedom of rotation of the hip levers, the bases of which are connected through angular consoles with sliding platforms mounted on the spatial shells of the hip levers with the ability to move the console on the arc guides of the platforms when changing the angle between the frame and the spatial shells of the hip levers. Connection of the support platforms with the ankle plug is made dismountable.

EFFECT: increase in the ratio of the weight of transported cargo to the own weight of the exoskeleton with improved ergonomics of the structure.

12 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области удовлетворения жизненных потребностей человека и может быть использовано в туризме, спорте, при проведении спасательных и армейских операций.The invention relates to the field of meeting the vital needs of a person and can be used in tourism, sports, during rescue and army operations.

Заявляемая конструкция, прежде всего, предназначена для снятия нагрузки с мышц и скелета человека при переноске тяжестей. Экзоскелет, принимая на себя вертикальную составляющую веса груза, разгружает позвоночник, суставы и ноги человека при ходьбе, поэтому устройство также может использоваться и в медицинской технике, в частности в травматологии и ортопедии.The inventive design, primarily intended to relieve the load on the muscles and skeleton of a person when carrying heavy loads. The exoskeleton, taking on the vertical component of the weight of the load, unloads the spine, joints and legs of a person when walking, so the device can also be used in medical equipment, in particular in traumatology and orthopedics.

Известно большое количество технических решений экзо- или «внешних» скелетов, реализующих идею разгрузки, состоящих из каркаса с элементами крепления к туловищу, двух пар рычагов, шарнирно соединенных между собой, которые выполняют функции бедра и голеностопа, а также с каркасом и опорой стопы. Указанные устройства приводятся в движение под действием мышц, поэтому относятся к пассивным конструкциям.There are a large number of technical solutions of exo- or "external" skeletons that implement the idea of unloading, consisting of a frame with fastening elements to the body, two pairs of levers pivotally connected to each other, which serve as the thigh and ankle, as well as with the frame and foot support. These devices are set in motion under the action of muscles, therefore, belong to passive structures.

Известен экзоскелетон по патенту РФ 2110243 (A61H 3/00, публ. 10.05.1998). Устройство содержит каркас в виде опорных платформ, располагаемых внутри обуви, элементы крепления к конечностям, тазобедренные и голеностопные рычаги с осями, тазобедренный шарнирный узел, соединенный со спинкой, состоящей из набора пластин и накладок. Недостатками известного решения являются: узкая специализация устройства - помощь инвалидам (дополнительные детали, заменяющие стул), недостаточная подвижность корпуса, нет возможности поворачивать ногу вокруг вертикальной оси, у голеностопа только одна степень свободы (по пересеченной местности идти не получится), снимать и одевать устройство можно только целиком (включая обувь).Known exoskeleton according to the patent of the Russian Federation 2110243 (A61H 3/00, publ. 05/10/1998). The device comprises a frame in the form of supporting platforms located inside the shoe, fastening elements to the limbs, hip and ankle arms with axles, a hip hinge assembly connected to a backrest consisting of a set of plates and overlays. The disadvantages of the known solution are: the narrow specialization of the device - assistance to people with disabilities (additional parts replacing the chair), lack of mobility of the body, there is no way to turn the leg around the vertical axis, the ankle has only one degree of freedom (it’s impossible to go over rough terrain), remove and put on the device it is possible only in its entirety (including shoes).

Известен экзоскелетон по патенту РФ №2493805 (публ. 27.09.2013), содержащий опорные стойки и башмаки, который включает траверсу с шарниром на ее центральной части, в котором вращается вал, при этом на концах траверсы установлены шарниры и упорные подшипники, в которых вращаются опорные стойки. Причем экзоскелетон вмонтирован в одетый на человека комбинезон, с помощью которого траверса закреплена на тазобедренной части, ноги соединены с башмаками, а вал снабжен рычагами, которые связаны с мышечной системой туловища и плеч, являющейся приводом вала. Недостатками известного решения являются то, что элементы устройства вмонтированы в комбинезон, при этом опорные стойки размещены по бокам, что позволяет снимать и одевать устройство только целиком, что ухудшает его эргономику.Known exoskeleton according to the patent of the Russian Federation No. 2493805 (publ. 09/27/2013), containing support racks and shoes, which includes a yoke with a hinge on its central part, in which the shaft rotates, while at the ends of the yoke mounted hinges and thrust bearings in which rotate support racks. Moreover, exoskeleton is mounted in a man’s overalls, with the help of which the traverse is fixed on the hip, the legs are connected to the shoes, and the shaft is equipped with levers that are connected with the muscular system of the body and shoulders, which is the drive of the shaft. The disadvantages of the known solution are that the elements of the device are mounted in overalls, while the support posts are located on the sides, which allows you to remove and put on the device only in its entirety, which worsens its ergonomics.

Известен экзоскелетон по заявке США US 2014100493, который включает мягкие ремни типа "рюкзака", который преимущественно взаимодействует с талией, спиной и плечами пользователя. Шасси обеспечивает монтаж двух принудительных приводов ног. Каждая нога экзоскелета выполняет функции, аналогичные движению человеческой ноги, в том числе тазобедренного сустава, бедра, коленного сустава, икры, и крепится манжетами к ноге пользователя в области бедра, голени, а под подошвой ноги пользователя расположена пластина. Силовые приводы представлены в тазобедренных и коленных суставах экзоскелета, и, возможно, в других местах. Однако данная конструкция предполагает использование силовых приводов, что усложняет конструкцию и удорожает использование, при этом: у конструкции более крупные габариты, большая масса, недостаточная подвижность корпуса, зависимость от источников питания, более высокие требования к техническому обслуживанию.Known exoskeleton according to the application US US 2014100493, which includes soft straps such as "backpack", which mainly interacts with the waist, back and shoulders of the user. The chassis provides installation of two forced leg drives. Each exoskeleton leg performs functions similar to the movement of the human leg, including the hip joint, thigh, knee joint, calf, and is attached by cuffs to the user's leg in the thigh, lower leg, and under the sole of the user's foot is a plate. Power drives are present in the hip and knee joints of the exoskeleton, and possibly elsewhere. However, this design involves the use of power drives, which complicates the design and increases the cost of use, while: the design has larger dimensions, large mass, insufficient housing mobility, dependence on power supplies, higher maintenance requirements.

Известен экзоскелетон по заявке США US 2013303950, предназначенный для переноски дополнительного веса спереди. Экзоскелетон включает в себя несущий отсек, соединенный через поясничную секцию с возможностью поворота с первой и второй опорами для ног с соответствующими тазобедренными суставами, которые позволяют сгибания и разгибания вокруг соответствующих осей бедра. Также используется устройство противовеса в качестве вспомогательной массы позади несущего отсека экзоскелета таким образом, чтобы сбалансировать нагрузку в передней части с помощью механизмов в виде катушек, чтобы поднять или опустить переднюю нагрузку по отношению к несущему отсеку экзоскелетона.Known exoskeleton according to the application US US 2013303950, designed to carry additional weight in front. Exoskeleton includes a carrying compartment connected through the lumbar section with the possibility of rotation with the first and second leg supports with corresponding hip joints, which allow flexion and extension around the corresponding axis of the thigh. A counterweight device is also used as an auxiliary mass behind the exoskeleton carrier compartment in such a way as to balance the front load with the help of coil mechanisms to raise or lower the front load relative to the exoskeleton carrier compartment.

Недостатком известного решения является то, что у конструкции более крупные габариты, большая масса, недостаточная подвижность корпуса, зависимость от источников питания, более высокие требования к техническому обслуживанию, с внешними опорными площадками для обуви больше вероятность споткнуться или зацепиться за неровности рельефа местности.A disadvantage of the known solution is that the design has larger dimensions, large mass, insufficient mobility of the case, dependence on power supplies, higher maintenance requirements, with external footings for shoes more likely to trip over or catch on uneven terrain.

Известен пассивный грузовой экзоскелетон по патенту РФ №2362598 (публ. 27.07.2009), содержащий каркас с элементами крепления к туловищу, две пары тазобедренных и голеностопных рычагов, соединенных между собой посредством коленных шарниров с элементами фиксации, и шарнирно связанных свободными концами с каркасом и опорами стоп, где каркас выполнен в виде двухчастного корсета, с укрепленными на нем продольными направляющими, переходящими с передней на заднюю часть корсета, при этом соединение рычагов с каркасом осуществляется посредством компенсатора, установленного с возможностью перемещения по направляющим при изменении угла между каркасом и тазобедренным рычагом, а рычаги выполнены в виде пространственных оболочек, размещаемых с возможностью фиксации на передней части бедра и голени элементами крепления, а элемент крепления к опорам стоп выполнен в виде шарнирного узла, фиксируемого на обуви с возможностью поворота стопы вокруг трех осей координат. Данное решение рассматривается заявителем в качестве ближайшего аналога.Known passive cargo exoskeleton according to the patent of the Russian Federation No. 2362598 (publ. 07/27/2009) containing a frame with fastening elements to the body, two pairs of hip and ankle levers connected by knee hinges with fixation elements, and pivotally connected by their free ends with the frame and foot supports, where the frame is made in the form of a two-part corset, with longitudinal guides fixed on it, passing from the front to the back of the corset, while connecting the levers to the frame by means of ator installed with the ability to move along the guides when changing the angle between the frame and the hip lever, and the levers are made in the form of spatial shells placed with the possibility of fixation on the front of the thigh and lower leg by fasteners, and the fastener to the foot supports is made in the form of a hinge unit, fixed on the shoe with the ability to rotate the foot around three coordinate axes. This decision is considered by the applicant as the closest analogue.

Недостатком известной конструкции является недостаточная подвижность корпуса, сложность и вес узлов, увеличивающих массу устройства, требовательность к обслуживанию (по сравнению с заявленным устройством), а следовательно, недостаточно высокие эргономические характеристики использования и безопасности перемещения, например, нет возможности легкого разъединения отдельных узлов экзоскелета.A disadvantage of the known design is the lack of mobility of the case, the complexity and weight of nodes that increase the mass of the device, the demanding maintenance (compared with the claimed device), and therefore, the ergonomic characteristics of use and safety of movement are not high enough, for example, there is no possibility of easy separation of individual exoskeleton nodes.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное решение, является увеличение коэффициента отношения массы переносимого груза к собственной массе экзоскелета при улучшенной эргономичности конструкции, повышении эксплуатационной надежности с одновременным снижением габаритных размеров и веса изделия.The technical result, the claimed solution is aimed at achieving, is to increase the ratio of the mass of the transferred load to the own mass of the exoskeleton with improved ergonomics of the structure, increasing operational reliability while reducing overall dimensions and weight of the product.

Заявляемая конструкция позволяет продолжительное время переносить тяжести на большие расстояния, с приложением минимума усилий и без вреда для здоровья. При этом конструкция предполагает возможность легкого отсоединения и снятия отдельных частей экзоскелета. Данное устройство будет полезно: альпинистам, туристам, путешественникам, военнослужащим, спасателям, пожарникам, а также инвалидам.The inventive design allows for a long time to carry heavy loads over long distances, with the application of a minimum of effort and without harm to health. Moreover, the design suggests the possibility of easy detachment and removal of individual parts of the exoskeleton. This device will be useful: climbers, tourists, travelers, military personnel, rescuers, firefighters, as well as people with disabilities.

Заявленный технический результат достигается тем, что в грузовом экзоскелете, содержащем каркас с элементами крепления к туловищу, две пары тазобедренных и голеностопных рычагов, выполненных в виде пространственных оболочек, соединенных между собой посредством коленных шарниров и шарнирно связанных свободными концами с каркасом и через вилку голеностопа с опорами стоп, вставленных в интегрированную обувь, каркас состоит из плечевого блока, в виде комбинации X-образно соединенных пластин, Г-образно изогнутых на концах, и соединенного с ним спинным карданным узлом через две опорные площадки поясничного блока, состоящего из пояса-коромысла, изогнутого по форме поясничной области тела человека, где в верхней серединной точке коромысла крепится опорная площадка спинного кардана, а концы коромысла с элементами крепления колец карданов опущены и находятся на уровне тазобедренных суставов, при этом соединение пространственных оболочек тазобедренных рычагов с каркасом осуществляется посредством кольцевых карданов с двумя степенями свободы поворота тазобедренных рычагов, основания которых через угловые консоли связаны с площадками скольжения, установленными на пространственных оболочках тазобедренных рычагов, с возможностью перемещения консоли по направляющим площадок при изменении угла между каркасом и пространственными оболочками тазобедренных рычагов, при этом соединение опорных площадок с вилкой голеностопа выполнено разъемным.The claimed technical result is achieved in that in a cargo exoskeleton containing a frame with fastening elements to the body, two pairs of hip and ankle arms made in the form of spatial shells connected by knee joints and articulated by their free ends with the frame and through the ankle fork with with foot supports inserted into integrated shoes, the frame consists of a shoulder block, in the form of a combination of X-shaped plates connected, L-shaped, curved at the ends, and connected to the spinal gimbal unit through two supporting areas of the lumbar block, consisting of a rocker arm curved in the shape of the lumbar region of the human body, where the supporting platform of the spinal gimbal is attached at the upper midpoint of the rocker arm, and the ends of the rocker arm with the cardan ring attachment elements are lowered and are at hip joints, while the connection of the spatial shells of the hip arms with the frame is carried out by means of ring driveshafts with two degrees of freedom of rotation of the hip arms, the bases of which are connected through the corner consoles with the sliding platforms installed on the spatial shells of the hip arms, with the possibility of moving the console along the guides of the platforms when the angle between the frame and the spatial shells of the hip arms changes, while the connection of the supporting platforms with the ankle fork is detachable.

При этом пластины плечевого блока могут быть выполнены с возможностью регулировки размера, а в качестве элементов крепления к туловищу могут быть использованы ремни.In this case, the plates of the shoulder block can be made with the possibility of adjusting the size, and belts can be used as fastening elements to the body.

Спинной карданный узел грузового экзоскелета состоит из крестового кардана, соединяющего две трубки, с заглушками на противоположных концах, и фиксатора, выполненного в виде внешней втулки, и установлен в опорных площадках с возможностью вращения вокруг оси.The dorsal gimbal assembly of the cargo exoskeleton consists of a cross gimbal connecting two tubes with plugs at opposite ends, and a latch made in the form of an external sleeve, and is mounted in supporting platforms with the possibility of rotation around the axis.

При этом площадки скольжения могут быть установлены на пространственных оболочках тазобедренных рычагов с помощью как неразъемного, так и разъемного соединения.In this case, the sliding pads can be installed on the spatial shells of the hip levers using both one-piece and detachable joints.

При этом разъемное соединение опорной скобы обеспечивается фиксаторами-защелками, шарнирно связанными с вилкой голеностопа и взаимодействующими с боковыми упорами опорных площадок, а вилка голеностопа может иметь два боковых прилива, ограничивающих боковую амплитуду колебания стопы.In this case, the detachable connection of the support bracket is provided by latches-latches pivotally connected to the ankle fork and interacting with the side stops of the support platforms, and the ankle fork can have two lateral tides that limit the lateral amplitude of the foot oscillation.

Кольцевой кардан грузового экзоскелета выполнен в виде сборки кольца, ползуна, хомута и основания с возможностью перемещения внутренней поверхности цилиндрического ползуна по кольцу, при одновременной возможности вращения хомута, соединенного с основанием, по внешней поверхности ползуна. При этом на ползуне имеются выступы, препятствующие сползанию хомута с ползуна, а специальные выступы на ползуне и основании кольцевого кардана ограничивают маховое движение правой ноги влево (и точно также для левой ноги вправо), что предотвращает складывание конечностей в этих направлениях и делает перенос груза более комфортным.The ring gimbal of the freight exoskeleton is made in the form of an assembly of a ring, slider, clamp and base with the possibility of moving the inner surface of the cylindrical slider along the ring, while simultaneously rotating the clamp connected to the base along the outer surface of the slider. At the same time, there are protrusions on the slider that prevent the collar from sliding off the slider, and special protrusions on the slider and the base of the ring cardan restrict the swing movement of the right leg to the left (and just as for the left leg to the right), which prevents folding of the limbs in these directions and makes the load more comfortable.

Заявленная конструкция поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 представлены общие виды надетого на человека грузового экзоскелета, где 1 - плечевой блок, 2 - спинной карданный узел с опорными площадками 3, поясничный блок - 4, соединенный с пространственными оболочками бедра 5, кольцевыми карданами 6, пространственные оболочки голени 7 соединены с вилкой голеностопа 8 с установленными опорными площадками 9. Элементы конструкции закрепляются на теле человека с помощью элементов крепления 10, например ремней с пряжками.The claimed design is illustrated by graphic materials, where in FIG. 1 shows general views of a freight exoskeleton put on a person, where 1 is the shoulder block, 2 is the dorsal gimbal assembly with supporting platforms 3, the lumbar block is 4 connected to the spatial membranes of the thigh 5, the ring driveshafts 6, the spatial shells of the lower leg 7 are connected to the ankle fork 8 with installed supporting pads 9. Structural elements are fixed on the human body using fastening elements 10, for example, belts with buckles.

На фиг. 2 представлена конструкция каркаса, состоящего из плечевого и поясничного блоков и спинового карданного узла. Где 11 - комбинации X-образно соединенных пластин, изогнутых на концах по форме, отвечающей плечевому поясу человека. Две верхние пластины плечевого блока 12 принимают на себя вес груза, а две боковые пластины 13 фиксируют положение блока относительно тела человека. Пластины могут быть единым целым или быть выполненными раздвижными 14 с возможностью регулировки размера. Опорная площадка спинного карданного узла 15 крепится в центре комбинации X-образно соединенных пластин с помощью винтов или может быть выполнена как единое целое с плечевым блоком. Пояс-коромысло 16 изогнут по форме поясничной области тела человека, где в верхней серединной точке коромысла крепится опорная площадка спинного кардана 17, а концы коромысла с элементами крепления карданов 18 опущены и находятся на уровне тазобедренных суставов.In FIG. 2 shows the design of the frame, consisting of the shoulder and lumbar blocks and the spin gimbal unit. Where 11 are combinations of X-shaped connected plates bent at the ends in a shape corresponding to the human shoulder girdle. The two upper plates of the shoulder block 12 take on the weight of the load, and the two side plates 13 fix the position of the block relative to the human body. The plates may be a single unit or be made sliding 14 with the possibility of adjusting the size. The supporting platform of the dorsal gimbal assembly 15 is mounted in the center of the combination of X-shaped plates with screws or can be made integrally with the shoulder block. The rocker belt 16 is curved in the shape of the lumbar region of the human body, where the supporting platform of the dorsal cardan 17 is attached at the upper midpoint of the rocker arm, and the ends of the rocker arm with cardan attachment elements 18 are lowered and are at the level of the hip joints.

На фиг. 3 представлена конструкция спинного карданного узла 2, где 19 - крестовой кардан, соединяющий две трубки 20 и 21, с заглушками 22 на противоположных концах, и фиксатор 23, выполненный в виде внешней втулки (см. фиг. 2). Диаметр кардана равен диаметру трубок. Фиксатор сделан в виде втулки, которая с небольшим натягом может перемещаться по трубкам. Внешняя сторона фиксатора сделана рифленой, чтобы рука не скользила, перемещая фиксатор. При переносе груза фиксатор опускается вниз, происходит блокировка кардана. Это дает необходимую жесткость конструкции для комфортного переноса груза. Когда фиксатор поднят, кардан позволяет человеку совершать наклоны позвоночником, что благоприятно сказывается на эргономичности. Конец одной из трубок вставляется в опорную площадку и фиксируется в ней винтом через резьбовое отверстие в заглушке 22. Данный вид соединения позволяет карданному узлу вращаться вокруг своей оси относительно корпуса. Это дает человеку возможность поворачивать верхнюю часть тела вправо и влево.In FIG. 3 shows the design of the back gimbal assembly 2, where 19 is a cross gimbal connecting two tubes 20 and 21, with plugs 22 at opposite ends, and a latch 23 made in the form of an external sleeve (see Fig. 2). The diameter of the cardan is equal to the diameter of the tubes. The latch is made in the form of a sleeve, which with a slight interference fit can move along the tubes. The outer side of the latch is grooved so that the hand does not slip, moving the latch. When transferring the load, the latch drops down, the cardan locks. This gives the necessary structural rigidity for a comfortable load transfer. When the latch is raised, the gimbal allows a person to tilt the spine, which favorably affects ergonomics. The end of one of the tubes is inserted into the support platform and fixed in it with a screw through the threaded hole in the plug 22. This type of connection allows the cardan assembly to rotate around its axis relative to the housing. This gives the person the opportunity to turn the upper body to the right and left.

На фиг. 4 показана конструкция кольцевого кардана грузового экзоскелета, выполненного в виде сборки кольца 24, с элементом крепления 25 к поясу-коромыслу 16, ползуна - 26, хомута - 27 и основания 28, с возможностью перемещения внутренней поверхности цилиндрического ползуна по кольцу, при одновременной возможности вращения хомута, соединенного с основанием, по внешней поверхности ползуна. При этом на ползуне имеются каплевидные выступающие торцы 29, препятствующие как сползанию хомута с ползуна, так и ограничивающие маховое движение правой ноги влево (и точно также для левой ноги вправо), что предотвращает складывание конечностей в этих направлениях и делает перенос груза более комфортным.In FIG. 4 shows the design of an annular cardan of a freight exoskeleton made in the form of an assembly of a ring 24, with a fastening element 25 to the yoke belt 16, the slider 26, the clamp 27 and the base 28, with the possibility of moving the inner surface of the cylindrical slider along the ring, while rotating a clamp connected to the base on the outer surface of the slider. At the same time, there are teardrop-shaped protruding ends 29 on the slider that prevent both the collar from sliding off the slider and restrict the swing movement of the right foot to the left (and likewise for the left foot to the right), which prevents folding of the limbs in these directions and makes the load transfer more comfortable.

На фиг. 5 и 6 показана система крепления кольцевого кардана к пространственным оболочкам бедра 5. К основанию 28 кольцевого кардана крепится консоль 30. Другой конец консоли изогнут под углом, примерно, 90 градусов и имеет цилиндрическую поверхность. На этой поверхности с внутренней стороны может быть предусмотрено углубление 31, являющееся местом сбора инородных частиц, попавших между площадкой скольжения и консолью, одновременно является пространством перемещения фиксирующего винта консоли 32, ограничивающего перемещение консоли по площадке скольжения 33 с направляющими 34, не давая выскочить консоли из площадки в крайнем положении. Для увеличения износостойкости трущихся поверхностей направляющих площадки и консоли может быть использована металлическая накладка 35.In FIG. Figures 5 and 6 show a system for attaching an annular cardan to the spatial shells of the thigh 5. A console 30 is attached to the base 28 of the annular cardan. The other end of the console is bent at an angle of approximately 90 degrees and has a cylindrical surface. A recess 31 may be provided on this surface from the inside, which is a collection point for foreign particles trapped between the sliding platform and the console, at the same time it is the space for moving the fixing screw of the console 32, restricting the movement of the console along the sliding platform 33 with the guides 34, preventing the console from popping out platforms in extreme position. To increase the wear resistance of the rubbing surfaces of the guide rails of the platform and console, a metal plate 35 can be used.

С обратной стороны площадки скольжения имеются 2 упора для соединения с конечностью (пространственной оболочкой бедра). В упрощенном стационарном варианте площадка скольжения может крепиться к пространственной оболочке бедра с помощью винтов (при этом упоры не используются). При съемном соединении бедро имеет на фронтальной стороне 2 отверстия 36, упор для площадки скольжения 37 и подпружиненный фиксатор 38. Площадка прикладывается к бедру, подпружиненный фиксатор утапливается, упоры на площадке входят в отверстия бедра и площадка продвигается вниз, до упора. При этом срабатывает фиксатор, который не дает площадке подняться обратно и выйти из зацепления.On the back side of the glide pad there are 2 stops for connecting to the limb (the spatial membrane of the thigh). In a simplified stationary version, the sliding platform can be attached to the spatial membrane of the thigh using screws (the stops are not used). When the connection is removable, the hip has 2 openings 36 on the front side, an emphasis for the sliding platform 37 and a spring-loaded lock 38. The platform is applied to the hip, the spring-loaded clamp is sunk, the stops on the platform enter the holes of the thigh and the platform moves down to the stop. At the same time, the latch activates, which prevents the platform from rising back and disengaging.

На фиг. 7 показана система крепления опорной площадки 9. Пространственные оболочки бедра 5 и голени 7 соединяются винтами через подшипники скольжения 39. Голень соединяется с вилкой голеностопа с помощью винта через подшипник скольжения 40. Вилка голеностопа 8 имеет вид коромысла с опущенными параллельными концами. У вилки голеностопа есть боковые приливы 41, ограничивающих боковую амплитуду (вправо-влево) колебания стопы, во избежание повреждения связок. К концам вилки голеностопа через подшипники скольжения 42 присоединены фиксаторы-защелки 43, обеспечивающие разъемное соединение опорной площадки 9. Скоба опорной площадки 9 вставляется в обувь, например, под стельку. Снаружи обуви с 2-х сторон прикладываются боковые упоры опорной площадки 44, например, в виде пластины в виде трапеций, с пазами в верхней части и прикручиваются винтами к опорной скобе, которые взаимодействуют с фиксаторами-защелками.In FIG. 7 shows the fastening system of the supporting platform 9. The spatial shells of the thigh 5 and lower leg 7 are connected by screws through sliding bearings 39. The lower leg is connected to the ankle fork by means of a screw through the sliding bearing 40. The ankle fork 8 has the form of a rocker arm with the parallel ends lowered. The ankle fork has lateral tides 41 limiting the lateral amplitude (left and right) of the foot oscillation to avoid damage to the ligaments. To the ends of the ankle fork through sliding bearings 42 are attached latches-latches 43, which provide a detachable connection of the support platform 9. The bracket of the support platform 9 is inserted into shoes, for example, under the insole. On the outside of the shoe, the side stops of the support platform 44 are applied from 2 sides, for example, in the form of a plate in the form of trapezoids, with grooves in the upper part and screwed to the support bracket, which interact with the latches-latches.

Для экзоскелета подойдет практически любой вид ботинок или кроссовок с жесткой подошвой.Almost any kind of shoes or sneakers with a hard sole are suitable for an exoskeleton.

Груз давит на плечевые пластины плечевого блока, через него нагрузка передается на заблокированный узел спинного кардана и далее на поясничный отдел. В поясничном узле нагрузка распределяется на две нижние конечности в пропорции, зависящей от наклона корпуса вправо или влево. От нижних конечностей нагрузка передается на опорные площадки, интегрированные в обувь, и уже через подошву взаимодействует с поверхностью, на которой стоит человек. Экзоскелет крепится на теле человека с помощью системы ремней с пряжками и «липучками».The load presses on the shoulder plates of the shoulder block, through it the load is transferred to the blocked node of the spinal gimbal and then to the lumbar. In the lumbar node, the load is distributed to the two lower limbs in a proportion that depends on the inclination of the body to the right or left. From the lower extremities, the load is transferred to the supporting platforms integrated into the shoes, and already through the sole interacts with the surface on which the person stands. The exoskeleton is attached to the human body using a belt system with buckles and Velcro.

Трущиеся поверхности, такие как подшипники скольжения, или ползуны, или накладки, выполнены из металла, например дюраля или титана. Их поверхность обработана с помощью МДО (микродугового оксидирования), в результате которого на поверхности образуется слой, состоящий из А1₂О₃ (корунда), не требующий смазки и не боящийся загрязнений. Остальные части экзоскелета могут быть выполнены из пластика, композитного материала, например карбона, или легких металлов в зависимости от назначения и условий эксплуатации.Friction surfaces, such as sliding bearings, or sliders, or pads, are made of metal, such as duralumin or titanium. Their surface is processed using MAO (microarc oxidation), as a result of which a layer consisting of Al ₂ O ₃ (corundum) is formed on the surface, which does not require lubrication and is not afraid of pollution. The rest of the exoskeleton can be made of plastic, composite material, such as carbon fiber, or light metals, depending on the purpose and operating conditions.

Детали конечностей располагаются с фронтальной стороны конечностей человека, что делает распределение нагрузки на бедро человека (при нагруженной согнутой ноге), на опорную площадку голеностопа равномерным и комфортным, чего нельзя сказать о экзоскелетах с боковым расположением рычагов нижних конечностей.Details of the limbs are located on the front side of the human limbs, which makes the distribution of load on the human thigh (with a bent leg loaded), on the ankle support platform uniform and comfortable, which cannot be said about exoskeletons with a lateral arrangement of levers of the lower extremities.

Разъемными соединениями экзоскелета являются опорная скоба и площадка скольжения, которые позволяют, при необходимости, отстегивать экзоскелет, не снимая обувь, или отстегнуть верхнюю часть, например, при отсутствии груза, оставив пристегнутыми конечности, на которых может быть закреплен какой-либо груз.The exoskeleton's detachable joints are a support bracket and a sliding platform, which allow, if necessary, to unfasten the exoskeleton without removing shoes, or to unfasten the upper part, for example, in the absence of a load, leaving limbs on which any load can be fastened.

Claims

1. A cargo exoskeleton containing a frame with fastening elements to the body, two pairs of hip and ankle arms made in the form of spatial shells interconnected by knee joints and pivotally connected by their free ends to the frame and through the ankle fork with foot supports inserted into the integrated shoes, characterized in that the frame consists of a shoulder block in the form of a combination of X-shaped connected plates, L-shaped curved at the ends, and connected to it by a back gimbal assembly through there are plenty of supporting platforms for the lumbar block, consisting of a rocker arm curved in the shape of the lumbar region of the human body, where the supporting platform of the dorsal cardan is attached at the upper midpoint of the rocker arm, and the ends of the rocker arm with the cardan rings attachment elements are lowered and are at the level of the hip joints, the connection of the spatial shells of the hip levers with the frame is carried out by means of ring driveshafts with two degrees of freedom of rotation of the hip levers, the bases of which are angled to nsoli associated with sliding pads mounted on the spatial hip shells levers movably console by an arc guide pads when the angle between the frame and the hip shell spatial levers Compound bearing surfaces with the plug releasably holds the ankle.

2. Cargo exoskeleton according to claim 1, characterized in that the plates of the shoulder block can be made with the possibility of adjusting the size.

3. Cargo exoskeleton according to claim 1, characterized in that belts are used as fastening elements of the shoulder block to the body.

4. The cargo exoskeleton according to claim 1, characterized in that the sliding pads are mounted on the spatial shells of the hip arms using an integral connection.

5. Cargo exoskeleton according to claim 1, characterized in that the sliding pads are mounted on the spatial shells of the hip arms using a detachable connection.

6. Cargo exoskeleton according to claim 1, characterized in that the guides of the sliding pads are made with metal plates.

7. Cargo exoskeleton according to claim 1, characterized in that the detachable connection of the support platform is provided by latches-latches pivotally connected to the ankle fork and elastically interacting with the side stops of the support platforms.

8. Cargo exoskeleton according to claim 1, characterized in that the ankle fork has two lateral tides, limiting the lateral amplitude of the foot.

9. The dorsal gimbal assembly of the freight exoskeleton according to claim 1, characterized in that it is mounted in supporting platforms with the possibility of rotation around the axis and consists of a cross gimbal connecting two tubes with plugs at opposite ends, and a latch made in the form of an external sleeve.

10. The dorsal gimbal assembly of the freight exoskeleton of claim 8 is characterized in that the outer side of the latch is grooved.

11. The ring gimbal of the freight exoskeleton according to claim 1, characterized in that it is made in the form of an assembly of a ring, slider, clamp and base with the ability to move the inner surface of the cylindrical slider along the ring, while rotating the clamp connected to the base along the outer surface of the slider.

12. The ring driveshaft of the cargo exoskeleton according to claim 10, characterized in that the slider is made with drop-shaped protruding ends that impede both sliding of the clamp from the slider and limiting the swing movement of the legs.