История экзоскелета
КУРСОВАЯ РАБОТА
История экзоскелета
Введение
экзоскелет программный машина
Актуальность темы курсовой работы обусловлена тем, что
экзоскелеты применяются во многих областях науки и техники, при чем существуют
достаточно интересные области применения экзоскелетов в медицине и вооружении
стран. В будущем экзоскелеты возможно станут неотъемлемой частью нашей жизни,
поэтому нужно знать хотя бы базовую информацию о них.
Объектом исследования в курсовой работе является история и
создание экзоскетов.
Целью курсовой работы является изучение
области применения экзоскелетов в медицине, вооружении и других областях.
Для достижения указанной цели в курсовой работе решаются
следующие исследовательские задачи:
. Рассмотрение конструкции простейшего экзоскелета;
. Изучение области применения экзоскелетов.
. Изучение истории создания и развития экзоскелета;
. Обзор машин и механизмов, используемых в качестве
экзоскелета.
. Оправданность применения и модернизации экзоскелета
в будущем;
1. Что такое экзоскелет?
экзоскелет программный машина
Экзоскеле́т (от греч. έξω - внешний и σκελετος
- скелет) -
устройство, предназначенное для увеличения силы человека за счёт внешнего
каркаса.
Экзоскелет повторяет биомеханику человека для
пропорционального увеличения усилий при движениях. Должны быть датчики, которые
следят за состоянием тела человека, движением его ног, рук, мышц (а в будущем,
возможно за его мыслями), механический скелет с системой приводов конечностей и
компьютерная программа, работающая на основе математической модели движения
человеческого тела, которая на основе данных с датчиков управляет всем этим
экзоскелетом.
. Кто изобрел экзоскелет?
Откуда всё началось
Экзоскелет - внешний тип скелета у некоторых беспозвоночных
животных. Самые старые окаменелые экзоскелеты датируются временем
приблизительно 550 миллионов лет назад. Экзоскелет характерен для большинства
беспозвоночных, у которых он представлен в виде раковины (многие простейшие,
моллюски) или кутикулы (хитиновый панцирь членистоногих). Беспозвоночные (лат.
Invertebrata) распределены по более, чем двадцати равноправным группам высокого
ранга - типам (наиболее крупные из которых - членистоногие, круглые черви и
моллюски). Членистоногие (лат. Arthropoda) - тип первичноротых животных,
включающий насекомых, ракообразных, паукообразных и многоножек. По количеству
видов и распространённости может считаться самой процветающей группой живых
организмов. Количество видов членистоногих превышает количество видов всех
остальных животных вместе взятых.
Панцири ракообразных
Исходя из этих последних данных, можно сделать вывод:
экзосколет изобрела Природа. Изобрела и очень активно его использует в своих
творениях. А человек, в какой-то момент решил, опираясь на свой интеллект, пойти
по пути природы, также создав для себя экзоскелет. Подобное устройство, кроме
увеличения возможностей здорового человека, может помочь больным с нарушениями
опорно-двигательного аппарата
3. История создания экзоскелета
Николай Александрович Ягн - изобретатель
экзоскелета!
Николай Александрович Ягн (1849-1905) - известный российский
изобретатель-самоучка.
Эскиз Ягна, механическое устройство для облегчения ходьбы
Учился в Петровско-Разумовской земледельческой академии. В 20
лет он уже выступил со своими первыми изобретениями: гигрометром, сделанным для
физического кабинета академии, и пульсирующим насосом, с которым потом работали
Д.И. Менделеев и профессор Кирпичёв. За эти изобретения Ягн получил диплом
инженер-механика. Пробыв в академии 3 года, Ягн её покинул, стремясь к такой
работе, где ему можно было бы применять свои технические познания и вскоре
поступил на чугунолитейный завод Воейкова в Симбирской губернии. В своих
дальнейших изобретениях Ягн руководился стремлением облегчить и обезопасить
труд рабочего. Так, несчастный случай на заводе натолкнул его на изобретение
«Друга кочегара» - приспособления для автоматического наполнения парового котла
и поддержания в нём воды на определённом уровне. Усовершенствовав его при
содействии коммерсанта Копфельда на его заводе в Дрездене, Ягн получил за него
золотую медаль на выставке в Филадельфии. По возвращении из Америки Ягн изобрёл
охлаждающие занавески, гидромотор (работавший на Неве и в Лионе), качающийся
винт, эластипед (приспособление для облегчения ходьбы, главным образом,
солдат), самовар-стерилизатор, опреснитель, сушилку для овощей, солеварку,
простую, но чрезвычайно остроумную герметическую пробку. Он занимался ещё
воздухоплаванием и получил почётный диплом с последней парижской выставки за
аэроплан. Во время Русско-японской войны морское ведомство предложило русским изобретателям
выработать тип подводной лодки. Ягн составил проект подводной лодки совершенно
новой системы. Из его печатных трудов общего характера наиболее известна
«Гипотеза мироздания». Экзоскелеты в России начала 20-го века
получили название эластипед, и предназначались для облегчения ходьбы, бега и
прыжков, главным образом солдат. Как видно, уже тогда предполагалось их военное
применение.
Кроме вышеперечисленных патентов, связанных с экзоскелетами,
удалось найти еще несколько американских патентов Николая Ягна. Нельзя с
уверенностью сказать, что это все его патенты, однако и по ним можно сделать
вывод, что поездка в Америку была довольно продолжительной (около 20-ти лет), и
в творческом отношении (как изобретателя) удачной. Думаю, что и в финансовом плане
сложилось все хорошо, иначе, зачем было регистрировать столько патентов. Вот
список патентов США полученных Николаем Ягном.
. Feeding-Apparatus for Steam-Boilers. Patented July
13, 1875.
. Improvements in automatic steam-boiler feeders.
Patented Dec. 26, 1876.
. Hydraulic Motor. Patented Mar. 13, 1883.
. Hydraulic Motor. Patented Nov. 25, 1884.
. Device for transmitting power by belts and
pulleys. Patented Nov. 25, 1884.
. Hydraulic motor. Patented Jan. 13, 1885.
. Screw propeller. Patented Jan. 5, 1886.
. Apparatus to facilitate walking and running,
Patented July 2, 1889.
. Apparatus for facilitate walking running, and
jumping, Patented Jan. 28, 1890.
. Apparatus for facilitate walking running, and
jumping, Patented Jan. 28, 1890.
. Apparatus for facilitate walking running, and
jumping, Patented Oct. 21, 1890.
. Apparatus for facilitate walking running, and
jumping, Patented Nov. 18, 1890.
. Rubber tire for vehicles. Patented May 12,
1891.
. Apparatus for sterilization of water. Patented Aug. 27, 1895.
Патенты Николая Ягна, полученные в США: №420178, 420179
«Hardiman»
Первая попытка создать экзоскелетную конструкцию была
предпринята в 1960-х годах. Созданный компанией «Дженерал Электрик» совместно с
минобороной США прототип «Hardiman» имел собственную массу 680 кг. Благодаря
экзоскелету оператор мог поднимать грузы массой до 340 кг. Планировалось
использовать экзоскелет для работы на военных арсеналах, работы с
крупнокалиберными авиационными боеприпасами, для осуществления работ под водой
и в космосе, а также для эксплуатации на атомных электростанциях. Увы, на
испытаниях в 1965 году костюм показал себя не с лучшей стороны и в серию не
пошел.
Питание подавалось через внешний кабель. там присутствовало
компьютерное управление, как из-за несовершенства самих компьютеров, так и
из-за отсутствия на тот момент адекватной математической модели. В результате,
попытки использовать полный комплект экзоскелета приводила к неконтролируемым
движениям последнего (падению), хотя отдельные его элементы (например, рука)
успешно работали. Hardiman так никогда и не был протестирован с человеком
внутри.
Но начало было положено. Появился опыт, который позволил
следующим разработчикам двигаться дальше, а не начинать с нуля. Проект Hardiman
I в 1971 году был закрыт из-за отсутствия перспектив его развития. Далее
последовали два десятилетия не то чтобы застоя, исследования и разработки,
конечно, велись, но не было больших прорывов, вероятно, из-за небольшого
финансирования. Но опыт и знания, тем не менее, накапливались. Параллельно с
этим проходили изменения в смежных областях: вычислительной технике, элементах
питания, материалах, системах управления и т.д. Все это пригодилось, когда
начался прорыв в этой области. А произошло это, когда об экзоскелетах снова
вспомнили военные.
Программа-экзоскелеты для людей
В 2001 году Агентство Передовых Оборонных Исследовательских
Проектов (DARPA - Defense Advanced Research Projects Agency) Министерства
обороны США начало семилетнюю программу Exoskeletons for Human
Performance Augmentation Program, выделив на неё $75 миллионов. Были рассмотрены проекты
от 14 компаний и университетов. На первой фазе проекта были выбраны: Sarcos
Research Corporation, Университет Калифорнии в Беркли и Oak Ridge National
Laboratory. На втором этапе проекта остались Sarcos и Университет Беркли. На
заключительном этапе программы, который начался в 2004 году основным
подрядчиком для разработки и развития быстрых, бронированных и мощных систем
экзоскелетов была выбрана Sarcos Research Corporation. Вскоре Sarcos была
приобретена более крупной компанией Raytheon, занимающейся выполнением
различных оборонных заказов. Однако работы над экзоскелетоми были продолжены, и
судя по сообщениям, весьма успешно.
XOS 2
Raytheon разработала экзоскелет второго поколения XOS 2, говорится
в пресс-релизе американской компании. Новая версия устройства отличается от
предыдущей - XOS 1 - лучшей защищенностью от воздействия факторов окружающей
среды, увеличенной грузоподъемностью, сокращенным временем реакции на действия
человека и вдвое меньшим потреблением энергии.
Носимый роботизированный костюм, другое название XOS 2,
предназначен в первую очередь для военных логистов, занимающихся
транспортировкой различных грузов. Кроме того, экзоскелет пригодится техникам
ВВС США, производящим оснащение самолетов вооружением перед вылетом.
Естественно, использование такого костюма будет наиболее целесообразным в
полевых условиях, когда доступ к полноценному погрузочному оборудованию сильно
ограничен. В планах Raytheon есть и разработка боевой версии XOS.
Между тем Raytheon пока не удалось решить одной из главных
технических задач - автономности роботизированного костюма. XOS 2, как и XOS 1,
получает питание по силовому кабелю от отдельного источника энергии. По словам
инженера Raytheon Рекса Джеймсона (Rex Jameson), в XOS 3 будет реализована
автономность, а его энергопотребление будет составлять всего 20 процентов от
аналогичного показателя XOS 1. Если верить конструкторам костюма в переноске и
погрузке тяжестей один оператор в таком экзоскелете заменяет трёх солдат.
Костюм столь совершенен, что позволяет играть с мячом. Весит XOS 2 всего 88,5
килограммов. По замыслу солдаты в экзоскелетах существенно ускорят и облегчат
погрузку и разгрузку воды, топлива и боеприпасов, как в тылу, так и на поле
боя. Для второй версии экзоскелета большим минусом является его привязанность к
источнику питания, который располагается вне костюма. Кроме того, новый
экзоскелет станет более маневренным и подвижным. Может XOS 3 будет больше
походить, скажем, на тот же костюм «Железного человека»?
Power Loader-робот - экзоскелет
То, что вы видите на приведенном здесь снимке, является
экзоскелетом-роботом Power Loader, разработкой которого занимается компания
Activelink, которая, в свою очередь, является дочерней компанией корпорации
Panasonic. Конечной целью данного проекта является разработка
полнофункционального робота, который позволит снять ограничения, связанные с
относительно малой силой и возможностями тела человека. А использоваться такой
робот может в самых различных областях, начиная с участия в операциях по
ликвидации последствий стихийных бедствий, катастроф, и заканчивая выполнением
тяжелых работ на строительных площадках.
«Экзоскелет Power Loader с помощью датчиков усилия измеряет
силу, прикладываемую человеком-оператором к органам управления роботом, и
усиливает ее многократно с помощью своих серводвигателей. Это снабжает тело
человека поистине «нечеловеческими» возможностями, а окружение человека частями
и деталями робота ограждает его и создает ему безопасную среду для работы». В
самом начале реализации проекта Power Loader специалисты компании Activelink
разработали большой вариант робота-экзоскелета, который во многом был похож на
подобное устройство из научно-фантастического фильма «Чужие». Но после не очень
удачных попыток использования робота Power Loader при ликвидации последствий
аварии на ядерной электростанции Фукусима, стало ясно, что в громадные роботы
не очень удобны в эксплуатации и компания Activelink направилась по пути
создания более компактного варианта робота-экзоскелета Power Loader.
Облегченный вариант робота Power Loader
«Мы хотим сделать робота Power Loader способным к переносу
50-60 кг груза, при этом он должен оставаться способным передвигаться с
максимально возможной скоростью. Его «ноги», рассчитанные на более высокие
нагрузки, могут использоваться для установки на них какого-нибудь тяжелого
дополнительного оборудования, к примеру, антирадиационной защиты. В каждой подошве,
на которой стоит человек, есть датчики усилия, способные разложить усилие,
прикладываемое человеком по шести векторам. Данные от этих датчиков
используются для управления тремя суставами каждой конечности, равномерно
распределяя нагрузку от переносимого груза».
Первый вариант робота Power Loader, которого можно увидеть на
рисунке, служит в качестве испытательной платформы технологий управления и
регулирования мощности, разрабатываемых специалистами компаний Activelink и
Japan Atomic Power Company. И даже этот опытный образец уже сейчас может «не
напрягаясь» удержать груз в 30 килограмм в каждом из своих манипуляторов.
Как и остальные уважающие себя экзоскелеты, Panasonic Power
Loader Light работает на основе компьютерного модуля, который следит за
движениями оператора, обнаруживает в них важные для себя закономерности и
создает сонаправленное усилие. Новый экзоскелет снова будет недешевым
удовольствием и обойдется в общем случае в 223 тыс. долларов. Поэтому простой
крестьянин воспользоваться этой машиной пока не сможет. Тем не менее, компания
Panasonic предусматривает гибкую систему скидок и грантов для тех, кто сможет
усовершенствовать конструкцию машины. Самые талантливые инженеры смогут
приобрести Power Loader Light всего за половину цены.
Экзоскелет Power Loader Light Ninja позволяет вернуть
самостоятельность человеку, который неспособен передвигаться без посторонней
помощи.
Power Loader Light Ninja
Разработка от ActiveLink закрепляется на теле человека,
особенно фиксируется на его конечностях и при малейшем намёке на движение
создаёт направленное усилие.
Масса роботизированного костюма составляет всего 15 кг, при
этом он может создавать усилие до 30 кг. Таким образом, человек с Power Loader
Light Ninja способен развивать скорость до 12 км/ч.
Разработчики отмечают, что их технология создана для
парализованных людей, которые, управляя экзоскелетом, смогут полноценно
двигаться. Пока что устройство находится в экспериментальной стадии, и на рынок
поступит не ранее, чем через 3 года. Разработки и испытание экзоскелетов
особенно активно ведут военные ведомства по всему миру. Так, командование армии
США объявило, что начнёт полноценные испытания 3 боевых экзоскелетов для солдат
уже летом 2014 года. Боевые экзоскелеты оснащены жидкой бронёй, которая может
становиться пуленепробиваемой поверхностью, когда подключена к электричеству.
Первые прототипы уникальных доспехов начнут испытывать уже летом 2014 года.
Российский экзоскелет БОЕЦ-21
Минобороны РФ в настоящее время разрабатывает боевую
экипировку «Боец-21» для военнослужащих Сухопутных войск, ВДВ и морской пехоты,
работы по ее созданию планируется завершить к 2015 году. «Комплект «второго
поколения» будет включать системы поражения, защиты, управления,
жизнеобеспечения и энергообеспечения». По данным эксперта, новый комплект будет
легче предыдущего на 14 килограммов, его общий вес снизится с нынешних 36
килограммов до 22. «В настоящее время ведутся разработки бронематериала с
использованием нанотехнологий, новые материалы появятся в ближайшие годы», -
отметил Бойко. «В комплект будут внедрены элементы экзоскелетных конструкций.
Экзоскелет HULC
Специальный бортовой микрокомпьютер с сенсорной системой
отслеживает движения солдата и передает информацию экзоскелету, который
увеличивает человеческие возможности при помощи моторов.
Военные становятся невероятно выносливыми, превращаясь
практически в киборгов. Например, устройство поможет перенести в руках до 90
килограммов груза на расстояние в 20 километров. Пока новинка не применяется в
боевых действиях, а используется в тестовом режиме. Испытания позволят понять,
как HULC влияет на состояние бойцов.
Есть даже режим ускорения, при котором на короткое время
можно бежать со скоростью 10 миль в час (примерно 17 км\ч). «Бортовые»
компьютеры контролируют движение экзоскелета в соответствии с движением солдата.
Костюм поддерживает свой собственный вес, чтобы владелец не испытывал
дополнительную нагрузку. На одной зарядке костюм позволяет переносить до 200
фунтов на расстояние до 12,4 миль (90 кг на 20 км). Костюм сконструирован так,
чтобы детали можно было заменять в полевых условиях.
Имея титановую раму, тяжёлый вес передаётся непосредственно
корпусу экзоскелета. Возможно экзоскелет будет использован и для гражданских
погрузок тяжестей, а также для того, чтобы помочь парализованным снова ходить
PowerSwim и Pisces - экзоскелеты для водолазов
Экзоскелеты могут усилить физические возможности человека не
только на суше, но и в воде. И это с успехом доказали новые прототипы
экзоскелетов для боевых пловцов. По своей сути PowerSwim представляет собой
систему из двух плавников и корректирующего механизма. Корректирующий механизм
устроен так, что при движении пловца под водой он заставляет эти плавники
двигаться так же, как работают плавники рыб или хвост дельфина. В результате
для передвижения под водой человек затрачивает гораздо меньше усилий и может
плыть на 150% быстрее. Плавник PowerSwim позволяет боевому пловцу добраться до
пункта назначения быстрее, сэкономив при этом кислород и силы. В отличии от
PowerSwim, система PISCES является полноценным экзоскелетом и не просто
передает энергию движений человека на плавники, но и берет на себя часть этой
работы. На настоящий момент разработано две концепции системы PISCES: первая
направлена на усиление движений пловца в нижней части тела, а вторая идет чуть
дальше, пытаясь имитировать те же движения, что используют для плавания
пингвины и дельфины. Наиболее перспективной является вторая концепция, так как
она задействует не только нижнюю, но и верхнюю часть тела пловца. Военные из
DARPA ожидают, что такой подход к подводному передвижению позволит боевым
пловцам быстро, бесшумно и с минимальными потерями кислорода и сил подбираться
к важным объектам противника. К сожалению, о технических характеристиках этой
интересной и перспективной системы пока ничего не известно.
Медицинские экзоскелеты
1) Первый в России действующий медицинский экзоскелет
Exoatlet, предназначенный для реабилитации людей с нарушениями
опорно-двигательных функций, был разработан компанией «Экзороботикс». В июне
этого года он участвовал в конкурсе инноваций Startup Village в Сколково, где
занял первое место. С помощью Exoatlet люди, ранее прикованные к инвалидному
креслу, могут ходить, подниматься и спускаться по лестницам, садиться и
вставать без посторонней помощи. Система управления механическим каркасом
построена на сигналах силомоментных датчиков, данных регистрации электрической
активности мышц и головного мозга, а также на использовании голосового
управления. Алгоритмы управления позволяют осуществлять в автоматическом режиме
передвижение пациента с повторением максимально естественного шага человека.
) Поразительный экзоскелет HAL-5, который недавно стали
массово производить, должен помогать медицинским работникам при поднятии и
перемещении пациентов. Изначально, HAL задумывался как помощник пожилым людям
или инвалидам - благодаря этому экзоскелету, они могли бы перемещаться на своих
ногах. HAL-3 достиг поставленной задачи в 2000 году.
В 2005, последняя модель HAL-5 получила верхние конечности, а
также снижение веса, более компактные блоки питания, более длительное время
работы батареи, компактный блок управления, и приглядный дизайн. HAL - это
надеваемый на человека робот, который может увеличивать физический потенциал
его пользователя, т.е. помогать в работе. Надевая экзоскелет HAL-5, вы сможете
удерживать вес до 40 килограмм руками и увеличить максимальный вес нагрузки на
ноги со 100 до 180 килограмм. Шесть экземпляров экзоскелета уже в августе
получат несколько датских госпиталей, где костюмы в течение полугода будут
тестироваться на безопасность и эффективность.
Вся система, работающая от батарей, весит около 10
килограммов и крепится на поясе. Ортопедическая опора фиксируется на бедрах и
коленях пользователя / пациента. Высота HAL-5 составляет 1 метр 60 сантиметров.
Стандартный костюм весит около 23 кг, а уменьшенная модель - 15 кг, однако
костюм «компенсирует» свой вес, поэтому пользователь его не замечает.
Экзоскелет способен проработать от аккумуляторных батарей до двух с половиной
часов.
4. Направления разработок
Главным направлением разработок является военное применение
экзоскелетов. Цель - создание брони, которая совместила в себе огневую мощь и
бронирование танка, подвижность и скорость человека, и в разы увеличивающей
силу того, кто использует экзоскелет.
Другой возможной областью применения экзоскелетов является
помощь травмированным людям и людям с инвалидностью, пожилым людям, которые в
силу своего возраста имеют проблемы с опорно-двигательным аппаратом.
Модификации экзоскелетов, а также отдельные их модели, могут оказывать
значительную помощь спасателям при разборах завалов рухнувших зданий. При этом
экзоскелет может защитить спасателя от падения обломков.
. Проблемы экзоскелета
В наше время большой преградой для начала постройки
полноценных экзоскелетов является отсутствие подходящих источников энергии,
которые могли бы в течение длительного времени позволить машине работать
автономно. На этой планете не так много материалов, из которых можно сделать
жёсткий каркас и которые не усугубят дело своим весом. Во всяком случае, их
было не много, но с учётом космических полётов, военных наработок, развития
материаловедения, нанотехнологий и ещё десятка-другого интересных сфер
человечество постепенно берёт один барьер за другим. В начале XXI века интерес к
экзоскелетам разгорелся с недюжинной силой и продолжает гореть до сих пор. Но
сначала поговорим об основных проблемах, с которыми сталкиваются создатели
экзоскелетов.
Если разложить гипотетический экзоскелет на составляющие, у
нас будут: источник питания, механический скелет и программное обеспечение. И
если с двумя последними пунктами вроде бы всё ясно и проблем почти не осталось,
то источник питания - это серьёзная проблема. Имея нормальный источник питания,
инженеры могли бы не просто создать экзоскелет, а ещё и объединить его со
скафандром и реактивным ранцем.
Любой из компактных источников питания на сегодняшний день
может обеспечить экзоскелету лишь несколько часов автономной работы. Дальше -
зависимость от провода. У неперезаряжаемых и аккумуляторных батарей есть свои
ограничения вроде необходимости замены или медленной зарядки, соответственно.
Двигатели внутреннего сгорания должен быть слишком надёжным, но не особо
компактным. К тому же, в последнем случае понадобится дополнительная система
охлаждения, а сам двигатель внутреннего сгорания сложно настроить на
моментальный выброс большого количества энергии. Электрохимические топливные
элементы могут быстро заправляться жидким топливом (например, метанолом) и
давать нужный и моментальный выброс энергии, но работают при крайне высоких
температурах. 600 градусов по Цельсию - относительно низкая температура для
такого источника питания. Как ни странно, наиболее возможным вариантом решения
топливного вопроса для экзоскелетов будущего может стать самый невозможный:
беспроводная передача энергии. Она могла бы решить массу вопросов, ведь её
можно передавать из сколь угодно большого реактора (и ядерного в том числе)
Первые экзоскелеты делались из алюминия и стали, недорогих и
простых в использовании. Но сталь слишком тяжёлая, а экзоскелет обязательно
должен работать и над тем, чтобы поднять свой собственный вес. Соответственно,
при большом весе костюма его эффективность упадёт. Алюминиевые сплавы
достаточно лёгкие, но накапливают усталость, а значит, не особо подходят для
высоких нагрузок. Инженеры находятся в поисках лёгких и прочных материалов
вроде титана или углеродного волокна. Они неизбежно будут дорогими, но
обеспечат эффективность экзоскелета.
Особую проблему представляют приводы. Стандартные
гидравлические цилиндры достаточно мощные и могут работать с высокой точностью,
но тяжёлые и требуют наличия кучи шлангов и трубок. Пневматика, напротив,
слишком непредсказуема в плане обработки движений, поскольку сжатый газ
пружинит, а реактивные силы будут толкать приводы.
Впрочем, разрабатываются новые сервоприводы на электронной
основе, которые будут использовать магниты и обеспечивать отзывчивые движения,
потребляя минимум энергии и будучи небольшими. Можете сравнить это с переходом
от паровозов к поездам. Отметим ещё гибкость, которая должна быть у суставов,
но здесь проблемы экзоскелетов могут решить разработчики скафандров.
Особую проблему при создании экзоскелета представляет
управление и регулировка чрезмерных и нежелательных движений. Нельзя просто так
взять и сделать экзоскелет с одной скоростью реакции каждого из членов. Такой
механизм может быть слишком быстрым для пользователя, а слишком медленным его
не сделаешь - неэффективно. С другой стороны, нельзя положиться на пользователя
и доверить датчикам считывать намерения по движениям тела: рассинхронизация
движений пользователя и костюма приведёт к увечьям. Нужно ограничивать обе
действующих стороны. Над решением этого вопроса и ломают головы инженеры. Кроме
того, нужно заранее обнаружить непреднамеренное или нежелательное движение,
чтобы случайный чих или кашель не привёл к вызову скорой.
Одно известно наверняка: экзоскелеты в будущем будут повсюду.
Они помогут нашим космонавтам освоить Марс, построить первые колонии и с
удобством управляться в космосе. Они станут на вооружение в военном сегменте,
поскольку по умолчанию наделяют солдат сверхчеловеческой силой. Они дадут
возможность полноценно передвигаться тем, кто её потерял. Костюм Железного
человека однажды станет реальным.
Костюм железного человека из фильма
Вывод
Таким образом, в данной курсовой работе были изучены основные
принципы функционирования экзоскелета, его базовое устройство. Были рассмотрены
области применения экзоскелета в службах спасения, медицине, реабилитации людей
с ограниченными возможностями, военной безопасности и вооружении. Был
произведен анализ преимуществ и недостатков экзоскелета. Читатель после
прочтения данной курсовой работы может познакомиться с основными научными
организациями и производителями экзоскелетов. Кроме того, рассмотрена история
появления экзоскелетов в жизни человека. Проведен обзор экзоскелетов из разных
областей применения, выпускаемых в России и за рубежом. Сделаны выводы о новых
направлениях развития экзоскелета.
Список
использованной литературы
1. А.К.
Ковальчук, Б.Б. Кулаков, Д.Б. Кулаков, С.Е. Семёнов, В.В. Яроц:» Основы теории
исполнительных механизмов шагающих роботов». М.: изд.-во «Рудомино», 2010 г.
170 с., ил.
. А.К.
Ковальчук: Методические указания к выполнению домашнего задания по курсу
«Динамика гидро- и пневмоприводов». М. изд. МГТУ им. Баумана, 1986 г.
. В.М.
Зациорский «Биомеханика двигательного аппарата человека» - 1981 г.
. Н.А.
Бернштейн «Физиология движений и активность», М.: Наука, 1990.
5. G. Esteves, S. Silva, C. Ferreira, F. Brandão Faculty of Human Movement Sciences - Technical
University of Lisbon Estrada da Costa «Biomechanics modeling of human
musculoskeletal system using Adams multibody dynamics package.»
. Simon G.S. Coleman, «Tactical application of biomechanics
to volleyball using interactive computer software», Department of Physical
Education, Sport and Leisure Studies, University of Edinburgh, Scotland, UK.
7. Д.Н.
Попов: «Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем», учебник для ВУЗов -
2-е издание. Переработанное и дополненное. Машиностроение, 1987 г. - 464 с. С
ил.
. Д.Н.
Попов: «Расчёт и проектирование следящего электрогидравлического привода с
дроссельным регулированием», М.: изд. МГТУ, 1990 г.
. Д.Н.
Попов:» Механика гидро- и пневмосистем», учеб. Для ВУЗов, издание 2. М.: изд.
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002 г.
10. http:// 3g-club.livejournal.com/32140.html
. http://spec-naz.org/articles/new_technologies/kzoskeletami_for_the_future/
. http://bratishka.ru/archiv/2011/1/2011_1_14.php
. http://joy4mind.com/? p=8006
. http://www.membrana.ru/particle/3405
. http://www.membrana.ru/particle/3272
. http://www.dailytechinfo.org/robots/4418-power-loader-robot-ekzoskelet-vo-mnogo-raz-uvelichivayuschiy-vozmozhnosti-cheloveka.html
. http://top100invent.blogspot.com/2010/12/exoskeleton.html
. http://naked-science.ru/article/tech/zheleznyi-chelovek-nastoyashch
. http://old.popmech.ru/blogs/post/5600-ekzoskelet/
. http://www.exoatlet.ru/
. http://www.ntis.gov/
. http://www.nanonewsnet.ru/articles/2014/chto-soboi-predstavlyaet-ekzoskelet-kostyum-zheleznogo-cheloveka-budushchego