Меню Рубрики

Можно ли сделать экзоскелет в домашних условиях

Экзоскелетом называется внешний каркас, который позволяет человеку совершать поистине фантастические действия: поднимать тяжести, летать, бегать с огромной скоростью, совершать гигантские прыжки и т .д. И если вы думаете, что такими устройствами обладают только главные герои «Железного человека» или «Аватара», то вы глубоко ошибаетесь. Они доступны человечеству еще с 60-х гг. прошлого века; более того, вы можете узнать, как собрать экзоскелет своими руками! Впрочем, обо всем по порядку.

Сегодня вы вполне можете приобрести себе экзоскелет — подобную продукцию выпускает Ekso Bionics и Hybrid Assistive Limb (Япония), Indego (США), ReWalk (Израиль). Но только если у вас есть лишние 75-120 тысяч евро. В России же пока производятся только медицинские экзоскелеты. Их проектирует и выпускает компания «Экзоатлет».

Первый экзоскелет своими руками изготовили ученые корпораций General Electric и United States Military еще в шестидесятых годах прошлого века. Он назывался Hardiman и мог свободно поднять в воздух груз, предельно равный 110 кг. Надевший же это устройство человек в процессе испытывал нагрузку, как при поднятии 4,5 кг! Только вот сам Hardiman при этом весил все 680 кг. Оттого он и не пользовался большим спросом.

Все экзоскелеты подразделяются на три типа:

Современные робокостюмы весят от 5 до 30 и выше кг. Они бывают как активными, так и пассивными (работающими только по команде оператора). По предназначению экзоскелеты делятся на военные, медицинские, промышленные и космические. Рассмотрим самые замечательные из них.

Собрать такие экзоскелеты своими руками дома в ближайшее время, конечно, не получится, однако познакомиться с ними стоит:

  • DM (Dream machine). Это полностью автоматический гидравлический экзоскелет, который управляется голосом своего оператора. Устройство весит 21 кг и способно выдерживать человека весом до центнера. Пока что используется для реабилитации пациентов, которые не могут ходить вследствие заболеваний ЦНС или иных нейромышечных болезней. Примерная стоимость — 7 млн рублей.
  • Ekso GT. Миссия этого экзоскелета та же, что и у предыдущего — он помогает людям с патологиями моторных функций ног. Характеристики схожи с предыдущим, цена — 7,5 млн рублей.
  • ReWalk. Призван вновь подарить движение людям с параличом нижних конечностей. Весит устройство 25 кг и способно работать без подзарядки 3 часа. Экзоскелет доступен в Европе и США в сумме, эквивалентной 3,5 млн рублей.
  • REX. Сегодня это устройство можно купить и в России за 9 млн рублей. Экзоскелет дарит людям с параличом ног не только самостоятельную ходьбу, но и возможность встать/сесть, повернуться, пойти «лунной походкой», спуститься по лестнице и т.д. REX управляется джойстиком, способен функционировать без подзарядки весь день.
  • HAL (Hybrid Assistive Limb). Существует в двух вариантах — для рук и для рук/ног/торса. Данное изобретение позволяет оператору поднять вес в 5 раз тяжелее предельного для человека. Также применяется для реабилитации парализованных людей. Весит этот экзоскелет всего 12 кг, а его зарядки хватает на 1,0-1,5 ч.

Первым и пока единственным человеком, сумевшим сконструировать экзоскелет во внелабораторных условиях, является канадский инженер Джеймс Хобсон. Изобретатель собрал устройство, которое позволяет ему свободно поднимать в воздух 78-килограммовые шлакоблоки. Работает его экзоскелет на пневмоцилиндрах, которые снабжает энергией компрессор, а управляется устройство при помощи пульта.

Канадец не держит в секрете свое изобретение. Как собрать экзоскелет своими руками по его примеру, вы можете узнать на сайте инженера и на его канале на «Ютуб». Однако учтите, что тяжесть веса, поднимаемого таким экзоскелетом, ложится исключительно на позвоночник оператора.

Подробной инструкции, позволяющей в легкую собрать экзоскелет дома, нет. Однако понятно, что для него будет нужен:

  • каркас, отличающийся прочностью и подвижностью;
  • гидравлические поршни;
  • барокамеры;
  • вакуумные насосы;
  • источник питания;
  • прочные трубки, способные выдержать высокое давление;
  • компьютер для управления;
  • датчики;
  • софт, позволяющий отправлять и преобразовывать сведения с датчиков для нужной работы клапанов.

Как будет примерно работать эта композиция:

  1. Один насос должен увеличивать давление в системе, другой — уменьшать.
  2. Работа клапанов зависит от давления в барокамерах, повышение/понижение которого и будет управлять системой.
  3. Расположение датчиков (против движения конечностей): шесть — руки, четыре — спина, три — ноги, два стопы (всего более 30).
  4. Компьютерное обеспечение должно исключить давление на датчики.
  5. Сигналы датчиков нужно подразделить на условные (информация с них полезна, если безусловный датчик не «говорит» о испытываемым им давлении) и безусловные. Условность/безусловность этих элементов может определять, например, акселерометр.
  6. Руки экзоскелета — трехпалые, отделенные от запястья оператора, — чтобы исключить травмы и придать дополнительную прочность.
  7. Источник питания выбирается после сборки и пробной апробации экзоскелета.

Роботизированные костюмы, пока что только в сфере реабилитации, уже начинают входить в нашу жизнь. Появляются изобретатели, способные соорудить такое устройство вне лаборатории. Вполне возможно, что в ближайшем будущем любой школьник сможет собрать экзоскелет Сталкера своими руками. Уже можно предсказать, что за такими системами — будущее.

источник

Первый пост тут. Будем пробовать .
В этой инструкции я пошагово опишу как сделать очень простой, но более-менее функциональный экзоскелет на пневматике (PG-08-EF). Все характеристики и параметры варьируемые и могут быть изменены как кому нужно.

Эта модель разрабатывалась довольно долго, но в итоге получилась очень даже неплохой. Отличительной её чертой является то что она изначально разрабатывалась для полевых условий с очень малым набором инструментов и возможностью быстрого ремонта. На данный момент ведется поиск новых решений в рамках этой же концепции.

Из электрического инструмента нам понадобится дрель и «болгарка». Но если болгарки нет — не беда, пилить там мало и вполне можно обойтись ручной ножовкой по металлу.

Для начала нужно прикупить компоненты. Все компоненты можно взять в практически в любом строительном магазине.

2 крепежных уголка KUAS 50х90х55 мм (пятки)

8 механизмов подъема двери Jet 100N MR203B.100Nl99 (по 2 на колено и на бедро)

2 метра алюминиевого профиля 25х25х1.5 (если делать раздвижной каркас ног) или же 2 метра алюминиевого профиля 40х20х2 (если делать более прочным)

2 дверной пружины 30 мм (для выпрямления колен)

50 см шлейфов портфельных (5 см)

40 см алюминиевого профиля 25х25х1.5 (на колени)

Болты, гайки и шайбы на 6 мм. Лучше взять много по 6 см в длину и там подпиливать под нужное. Для всего скелета хватит по 60 шт. всего этого.

Самым первым шагом шагом пилим профиль под длину ног. В моем случае это очень удобно — получается как раз по 50 см, но каждому нужно будет подогнать эту длину под себя. Нужно измерить 2 промежутка — от пятки до колена и от колена.

Т.е. на 2 ноги должно быть напилено 4 куска профиля (25х25х1.5 или 40х20х2).

Берем уголки (KUAS 50х90х55) и просверлив соответствующие отверстия в профиле и крепим на 6 мм болты. Не забываем про шайбы. Должно быть что-то типа вот такого.

Далее ищем резину или что-то похожее. Я рекомендую найти старый машинный коврик и пустить его.

Сделав как показано на фото экзоскелет не будет скользить и дребезжать металлом при ходьбе.

Можно добавить шлейф и полукольцо для закрепления ноги. Примерно на уровне лодыжки. На самом верхнем фото показано где лучше всего это прикрепить, но всё, как написано выше, подгоняется под каждого. Крепится также на 6 мм болты.

Теперь приступаем к коленям.

Берем механизмы подъема двери и второй кусок профиля. Примеряем, сверлим и крепим. Крепим насквозь продетым болтом сразу по 2 механизма.

Возможно механизмы подъема придется сначала разобрать и вытащить из них стопоры, но они установлены не всегда.

Должно быть что то типа вот такого.

Берем кусок алюминиевого профиля 25*25 длинной 40 см и пилим его пополам. Спиливаем с каждого куска одну из граней. Этот элемент не даст колену выгнуться в обратном направлении. Примеряем чтобы этот элемент был примерно по середине. Сверлим в 4 местах примерно с шагам в 5-7 см и крепим к каркасу как на фотографии (черное сверху это как раз этот элемент). В пропиленную грань устанавливаем пружину. Сверлим и крепим болтами с гайками.

В общем то ноги готовы.Бедренный сустав будет установлен когда будет готово уже всё остальное.

Также возможно сделать чтобы ноги были раздвижными — это даст более точный подгон под себя без перепилок каркаса.

Для этого пяточный уголок мы крепим к куску профиля 20*20 мм и длиной 20 см. Сверлим по всей его через каждые 3 см отверстия 7мм.

В нижней части каркаса ноги также сверлим отверстия каждые 3 см. 6-7 отверстий вполне достаточно. Вставляем одну часть в другую.

Потом в 2 местах прошиваем этот участок болтами с барашками и подбираем нужную длину.

Можно вот так запрятать пружины. Так они выглядит значительно лучше и меньше вероятность что в них случайно что то попадет.

Вот примерно такое должно получится в конце.

Для тех кто в танке схема. Правда тут несколько иные размеры ( и вообще использован удвоенный профиль) и это схема ноги с возможностью изменять длину, но для общего понимания пойдет.

Этот элемент уже сложней. На каркас спины крепятся руки и вся пневматика.

Для спины нам понадобится следующее:

2 опоры шаровая /lemforder (плечи)

2 метра алюминиевого профиля 20*20*1 мм

1 метр строительной (резьбовой) шпильки на 8 или 10 мм

1 метр алюминиевого уголка 20*25

1 метр алюминиевого профиля 25*25*1 мм

2 метр алюминиевого профиля 15*15*1 мм (будет попилен на бедра)

2 стальных уголка 40*40 мм

Лист жести или же ПЭТа 1 кв. метр (обшивка)

Схема того что будем собирать.

Отпиливаем 1 метр профиля 20*20 и отмеряем по 40 см с двух сторон.

Отмеряем (в 40 см с каждой стороны) необходимые для изгиба прорези в 2 см с 2 сторон. Выпиливаем и сгибаем. Должно быть как на фото, т.е. большая вытянутая буква «П» со сторонами 40-20-40 см.

Далее отпиливаем еще один кусок профиля 20*20 длиной 40 см и кусок уголка 25*20 также 40 см.

Читайте также:  Тарталетки как сделать самим дома

Теперь нужно соеденить эти элементы с помощью стальных уголков 40*40 мм.

Уголок повернут ребром 20 мм вниз. Под ним закрепляем профиль 20*20*400 мм. Закрепляется всё это болтами, которые проходят через уголки.

Отмеряем первый кусок жести и устанавливаем его в заднею часть спины. Примерно 40*20 см. Сверлим и прошиваем всё это болтами примерно через каждые 10-15 см, но важно чтобы последние болты прошили нижний уголок и П образный элемент.

В итоге у нас должно получится что типа вот такого. Разве что по бокам пока ничего не должно быть.

Теперь нужно сделать плечи и место для установки приводов. Для этого нам понадобится шпильки и пальцевые опоры. Первым делом сверлим на расстоянии 10 см 2 отверстия на 1 мм шире подготовленной шпильки. В идеале верхнее отверстие должно проходить через всю длину профиля сверху. Прямо как на фото.

Распиливаем шпильку пополам т.е. на куски по 50 см. Продеваем через отверстия и затягиваем гайками дабы торчало в разные стороны по 15 см.

На концах гайками затягиваем шаровые опоры.

Можно сразу примерить плечи. Каркас плеча это 40 см кусок профиль 25*25 с проделанным под шаровую опору отверстием.

Далее по аналогии с задней жестяной пластиной режем и ставим переднею. Крепится она на те же болты что и задняя, т.е. происходит сшивка 2 пластин и каркаса. Если жесть немного торчит это не беда — берем напильник и ровняем.

Для бедер нам понадобится 8 кусков профиля 15*15 мм длиной 15 см и 2 куска профиля 20*20 длиной 13 см.

Примеряем 15 сантиметровые куски по краям. Сейчас должно быть примерно как на фото.

Сверлим эти элементы в краях для соединения с длинным элементом. Чтобы прошить все элементы болтами нужно просверлить насквозь. Соединить нужно в 2 осях, т.е. и каждые 2 элемента ещё соединены вдоль. Между удвоенными элементами устанавливаем 13 сантиметровые элементы из профиля 20*20 мм. На этом пока с бедрами заканчиваем. Проверяем чтобы все было соединено болтами и не разваливалось — на профиль 20*20 ещё нужно будет закрепить по 2 механизма подъема двери Jet 100N MR203B.100Nl99.

Теперь снова вернемся к плечам. Чтобы сделать крепление для пневмомышц мы берем стальной уголок 150*50 мм и сверлим в нем отверстия такого же диаметра как и наш профиль.

Примерно с краю и через 10 см. Накручиваем гайки и зажимаем эти элементы шаровыми опорами как на фото. Если захочется закрыть шпильку то самое оптимальное взять гофру для проводов. На фото она покрашена чёрным.

Спина, плечи и бедра готовы.

Руки, если плечи были готовы на предыдущем этапе, это самый легкий элемент скелета.

Для рук нам понадобится следующее:

1 метр алюминиевого профиля 25*25*1 мм

2 пластиковых бокса для мелких деталей

4 механизма подъема двери Jet 100N MR203B.100Nl99

Начинаем с того что вырезаем ножом все перегородки в боксе. Это нужно для установки джойстиков. Должно быть примерно вот такое.

Далее берем джойстики и устанавливаем внутрь бокса. Затягиваем по краям болтами.Должно быть вот так. Вместо болтов можно просто приклеить на какой-нибудь прочный клей. Тогда будет вот так.

С помощью этого джойстика будут срабатывать приводы на руках. Он позволяет управлять сразу 4 клапанами, но мы будет использовать только половину контактов.

Берем профиль 25*25 мм и отпиливаем 2 куска по 40 см (или подгоняем под нужную длину рук — нужно брать длину от локтя до середины кисти).

Боксы и эти куски профиля сверлятся и соединятся. На самый край можно приделать какой-нибудь металлический крюк или, как у меня, пластину. Так можно прихватывать груз. Должно получится что-то типа вот такого.

Берем по 2 механизма подъема двери и попарно устанавливаем их на локти.

Если снять локти с шпилек то должно быт что-то похожее на вот это.

Последний шаг в сборке скелета это сделать пнемомускулы, соединить пневматику и провести провода от джойстиков к клапанам. Будем делать самый простой вариант без ресивера и питанием от внешнего блока питания.

Из компонентов нам понадобится следующее:

3 метра 5 мм трубки для омывателя машины

10 тройников от омывателя машины

1 двухцилиндровый компрессор для накачки шин

4 стандартные пнемомускулы на 0-5 атм

Нам нужно сделать 4 пневмомускулы по

1 метру. Инструкций как их сделать очень много и пересказывать тут я не вижу смысла.

Скорее всего это будет полноценно описано позже.

Крепим мускулы на стальных уголках 150*50 с плеч. Крепим с и зажимаем с помощью 6 мм зажимов для тросов.

Собираем мы вот этот экзоскелет.
продолжение следует.

источник

Если вы полагаете, что костюм «Железного человека» могут сделать только военные или мегакорпорации, то вы заблуждаетесь.

Если вы полагаете, что роботизированные костюмы, управляемые человеком могут сделать только военные или мегакорпорации, то вы глубоко заблуждаетесь.

Носитель разума, покоритель вселенной, властелин мира – вот некоторые эпитеты, которыми характеризуют жизнь и деятельность человека на земле.

Люди всегда мечтали стать сильнее и могущественнее, покорять миры и вселенную, но им не хватало силы, чтобы поднимать тяжелые предметы, обладать большей силой удара и выносливостью. Но они не оставляли попыток сделать себя киборгами, чтобы почувствовать мощь железного тела. Мечтали взлететь в воздух со скоростью звука, чтобы мгновенно оказаться в любой точке планеты и летать без крыльев. Людям хотелось создать смесь человека и машины. И, благодаря науке и технике, частично эти мечты воплощает «костюм Железного человека».

Экзоскелет — это устройство, которое может увеличить физические способности человека за счет внешнего каркаса.


Первым изобретателем роботизированного железного костюма был инженер Николай Ягн, который в 1890-х годах в США запатентовал ряд технологий, облегчающих ходьбу, бег и прыжки человека.
В 1960-х компания General Electric разработала костюм Hardiman, весом 680 кг и способностью поднимать объекты весом до 110 кг.
В 1970-х югославский ученый Миомир Вукобратович показал первый силовой шагающий роботизированный костюм, который должен был дать людям с парализованными ногами возможность ходить.
В 2007 американские ученые из агентства DARPA создали устройство, которое должно было усиливать руки и ноги человека.
В 2008 компания Cyberdyne представила костюм HAL, обладающий легким корпусом, встроенным компьютером и работающим от автономных аккумуляторов.
Так же в мире известны робокостюмы грузовые, для подводного плавания, реактивный человек-самолет, а также парашютная система.


По типу источника энергии и принципу работы привода робокостюмы бывают активные (использующие дополнительные двигатели) и пассивные (работающие благодаря усилиям оператора). По локализации подразделяются: для верхних конечностей, для нижних конечностей и на полноценный роботизированный-костюм.

Диапазон цен на подобные гаджеты улучшающие возможности человеческого тела варьируется от 1000 до более 50000 $. В зависимости от области применения различают: медицинский, военный, космический и промышленные. Весовая категория устройств от 5 и свыше 30 кг. Мобильные и стационарные бывают простого, двойного назначения и с расширенными функциями.
Области применения

Исторически так сложилось, что любое изобретение сначала находит применение в военных целях, и только потом — в мирных. Роботизированная броня не исключение и все началось именно с военных заказов. Нужно было создать броню, которая совместила бы в себе огневую мощь и бронирование танка, скорость и подвижность человека, и в разы увеличивающая его силу. Парочка обученных солдат-экзоскелетов могут запросто заменить профессиональный спецназ.

Эти устройства полезны и при угрозе радиационной опасности, при покорении глубин океана, разборе завалов после землетрясения и в строительстве.
Роботизированные костюмы – это настоящий прорыв и в медицине. Пациенты, после травм позвоночника и конечностей, могут использовать возможности экзоскелета для улучшения качества жизни. Он даст возможность людям ходить, сидеть, стоять и даже подниматься по лестнице.

Различные модификации можно встретить и в научно-фантастических фильмах, литературе, комиксах, анимации, видеоиграх.


В разное время и в разных странах умельцы пытались сделать различные приспособления. Так, американский инженер-энтузиаст Джеймс Хобсон, известный как The Hacksmith, работает над их созданием уже много лет. Ему удалось в домашних условиях собрать работающий костюм для поднятия тяжестей. Пневматические возможности которого, позволили ему легко поднять шлакоблоки, общим весом 80 кг.

Для того, чтобы самому изготовить подобный костюм, как у Джеймса, вам понадобится только несколько стандартных деталей и знания, как их соединить. Все необходимые схемы и инструкции вы найдете на сайте автора. Но учтите, что в изобретении Джеймса Хобсона нет усиления для ног, поэтому весь вес, который держит Джеймс держится исключительно на его позвоночнике.

Вдохновением для создания металлического корпуса послужил американский научно-фантастический фильм «Элизиум — рай не на Земле». В фильме главный герой Макс, в тело которого вживили специальный экзокостюм, отдает жизнь ради того, чтобы уравнять права людей.

Джеймс намерен довести до ума верхнюю часть, чтобы он нашел практическое применение в повседневной жизни.
Конечно, главная цель — это создание костюма для всего тела, который позволит инженеру поднимать тяжелые предметы за счет конструкции, оставив в покое позвоночник и другие части тела.
Видео, как поэтапно Джеймс делал отдельные части железного костюма, а затем соединял их воедино, вы можете увидеть на его YouTube канале.

источник

Экзоскелеты помогающие парализованным ходить, делающие тяжёлаю работу лёгкой, защищающие солдат на поле боя и дающие нам суперспособности.

Получивший своё имя в честь знаменитого экзоскелета из фильма «Чужие», Activelink Power Loader разработан, для того, чтобы облегчить тяжелый ручной труд владельца вне зависимости от его возраста, пола и комплекции , и призван «создать общество без ограничений» согласно пресс релизу Activelink, дочерней компании известного японского производителя электроники Panasonic.

HAL (Hybrid Assistive Limb) механический экзоскелет из Японии, разработанный Cyberdine Inc. (да-да, прям как те ребята, из-за которых всё началось в Терминаторе), был создан как прототип в 1997 году, а сейчас используется в японских госпиталях, для помощи тяжелобольным в их повседневной деятельности. Также известно, что HAL использовался японскими строителями и даже спасателями во время ликвидации аварии на Фукусиме-1 в 2011.

Читайте также:  Сам сделал себе шрам на брови

Ekso Bionics разрабатывает и производит автоматизированные экзоскелеты, которые помогают парализованным людям бросить свои инвалидные кресла и снова начать ходить. Калифорнийская компания считает, что подобные экзоскелеты это «джинсы будущего», которые будут использоваться повсеместно как парализованными, так и трудоспособными людьми, чтобы, к примеру, пробежать марафон или без труда взойти на гору Килиманджаро.

FORTIS — это промышленный экзоскелет, разработанный компанией Lockheed Martin, позволяющий человеку поднимать предметы весом до 16.5 килограмм с той же лёгкостью, как если бы они были невесомыми. Этот экзоскелет идеально подходит для работников физического труда и Lockheed Martin утверждает, что FORTIS способен снизить мышечную усталость рабочего на 300 процентов и увеличить его эффективность от 2 до 27 раз. FORTIS используется сотрудниками судостроительной корпорации Lockheed Martin.

Body Extender от Percro выглядит как плод любви погрузчика-экзоскелета из «Чужих» и APU из «Матрицы». Body Extender может поднять до 50 килограмм каждой рукой и способен увеличить силу пилота до 10 раз. Его можно использовать, к примеру, в тяжелом машиностроении или для спасения жертв стихийных бедствий.

HULC (Human Universal Load Carrier) разработаный компанией Ekso Bionics и лицензированый Lockheed Martin гидравлический экзоскелет, позволяющий солдатам переносить на себе амуниции общим весом до 90 фунтов. Он питается от батареи, выполнен из титана и способен равномерно распределять вес груза вне зависимости от того расположенного спереди или сзади.

240 килограммовый Exosuit построенный Nuytco Research — это водолазный аппарат нового поколения, внутри которого человек сможет погружаться под воду более чем на 300 метров, сохраняя при этом гибкость суставов и свободно передвигаясь (максимально свободно для костюма такого размера). Это позволит ученым провести исследования, сделать снимки и собрать данные о подводной флоре и фауне в районах, добраться до которых без такого костюма было бы невозможно.

Агентство передовых оборонных исследовательских проектов минобороны США DARPA, финансирует разработки «мягкого экзоскелета» Институтом Висс Гарвардского Университета. Soft Exosuit может помочь военным, спасателям, пожилым людям или спортсменам нести тяжелые предметы, выполнять тяжелую работу и преодолевать большие расстояния быстрее и с меньшим расходом энергии.