Название проекта




Скачать 100.02 Kb.
НазваниеНазвание проекта
Дата публикации15.07.2013
Размер100.02 Kb.
ТипДокументы
www.vbibl.ru > Медицина > Документы





Экзоскелет

Студенческие инженерные соревнования по робототехнике
05 октября – 14 декабря 2010 года


Название проекта.

«Экзоскелет»

Руководители проекта:



Фоменко Александр Викторович (19 лет). Студент Уральского Федерального Университета Радиотехнического факультета, специальность «Информационные системы и технологии». Контактная информация: xanderfomenko@gmail.com, тел. +7 950 64 88 525

Куратор проекта:

Жегульский Владимир Павлович - К.т.н., доцент кафедры ПТМ и Р ММФ УРФУ

Эксперты проекта:

^ Кожушко Герман Георгиевич – Д.т.н., профессор, зав. кафедрой ПТМ и Р ММФ УРФУ

Рябов Павел Борисович – доктор медицинских наук, заместитель директора Железнодорожной больницы Свердловской области.

Контактная информация: тел. 3583851

  1. Аннотация.

На сегодняшний день человеку необходимо решать множество задач, для выполнения которых ему порой не хватает ресурсов его тела. В этих делах человеку может помочь технология экзоскелета. По сути своей, экзоскелеты – это роботы, надеваемые на человека, которые увеличивают его физическую силу и выносливость. Ожидается, что с помощью этих систем человек сможет переносить громоздкие грузы с большой скоростью, а также они помогут ему ориентироваться на незнакомой местности.

Возможности экзоскелетов:

  1. Увеличение физической силы

  2. Увеличение скорости

  3. Увеличение выносливости

  4. Прыжки на большую высоту и расстояние

  5. Защита от механических повреждений и РХБ защита

  6. Пилотируемый полёт

Экзоскелеты могут быть применены в:

  1. Медицине

  2. Военной сфере

  3. Сфере ЧС

  4. Строительстве

  5. Сфере отдыха и туризма

  6. Логистике

  7. Любой работе, требующей тяжелого физического труда

Самое перспективное направление развития экзоскелетов на сегодняшний момент – медицина. Эта технология может подарить новую жизнь людям с ограниченными физическими возможностями. Например, при параличе или полном отсутствии нижних или верхних конечностей экзоскелет может компенсировать этот недостаток. А так же он может пригодиться для восстановления людей с ослабленными мышцами, или для людей престарелого возраста.

Очень перспективны экзоскелеты и в военной сфере. Став сильнее, солдаты тем самым станут и выносливее и смогут преодолевать большие дистанции. Кроме того, они смогут чинить тяжелое оборудование, которое иначе было бы невозможно привести в рабочее состояние. Экзоскелеты будут также оборудованы датчиками и встроенными приемниками системы глобального позиционирования (GPS), с помощью которых солдаты будут двигаться к заданной точке по неизвестной местности. Вдобавок ко всему этому, специалисты разрабатывают компьютеризированные ткани, которые будут следить за режимом работы сердца и дыханием солдата.

В 1960-е гг. компания General Electric разработала электрическую и гидравлическую конструкцию под названием Hardiman, однако при ее весе в 1500 фунтов она была неэффективна. В настоящее время используются более легкие материалы (например, углеродное волокно), однако проблемы все же остаются. Экзоскелет состоит из 5 элементов, без которых его работа немыслима: структура, энергия, управление, исполнительные механизмы и биомеханика. Ниже приведены некоторые из проблем, с которыми столкнулись специалисты:

  1. конструкционные материалы: экзоскелет должен быть сделан из прочного, легковесного и гибкого материала, который, к тому же, должен защищать и себя, и солдата от вражеского огня;

  2. источник питания: экзоскелет должен работать как минимум 24 часа без дозаправки, блок питания также должен входить в систему; одной из наиболее сложных задач будет создание бесшумного двигателя;

  3. управление: средства управления системой должны быть максимально удобны, чтобы пользователь мог свободно функционировать;

  4. исполнительные механизмы: проблемы те же, что и с управлением – пользователь должен иметь возможность плавных и бесшумных движений;

  5. биомеханика: разработчики должны создать сочленения такие, которые будут похожи на человеческие, так как если солдат в битве будет ограничен в движениях, то для него эти ограничения будут фатальны.

Подводя итог, можно сказать, что экзоскелет должен во многом походить на человека в его манере двигаться, чутко реагировать на человеческие движения.

  1. ^ Информация о заявителе.

Фоменко Александр Викторович, 19 лет, студент Уральского Федерального Университета Радиотехнического факультета, специальность «Информационные системы и технологии».

Адрес: 620137, г. Екатеринбург, ул. Блюхера 55а, кв. 69, тел. +7 950 64 88 525, xanderfomenko@gmail.com

4. Современное состояние исследований и разработок в области реализации проекта. Новизна предлагаемого подхода по сравнению с известными.

^ Power Loader 



Данный экзоскелет разработан японской компанией и представляет собой массивную конструкцию (~230кг) из алюминиевого сплава. Он позволяет поднимать и перемещать грузы весом до 100кг. Человек как бы вставляется в робота, и управляет этим костюмом посредством специальных джойстиков. Решение весьма интересное, но не самое, на мой взгляд, удачное. Power Loader предполагается использовать как помощь рабочим на складах, доках, шахтах. Свое имя экзоскелет получил благодаря сходству с подобным устройством из фильма "Чужие".

HULC 

Известная американская компания Locheed Martin разработала экзоскелет HULC (Human Universal Load Carrier), который должен помочь американским солдатам в переноске грузов.





По заявлениям разработчиков, при приложении минимальных усилий человек сможет нести груз в 90кг. HULC снижает энергетические затраты организма, а соответствие движений человека и костюма обеспечивает бортовой компьютер. Литиво-полимерных батарей хватает для одого часа путешествия со скоростью 5км/ч с грузом 90кг. 
^ XOS Exoskeleton





Экзоскелет XOS от компании Sarcos (ныне компания принадлежит Raytheon) выглядит действительно грозным и без человека похож на человеческий скелет.

Он увеличивает силу человека и позволяет с минимальной затратой сил переносить тяжелые физические нагрузки. XOS обладает продвинутой системой связи человека с механической частью, благодаря чему движения пилота и машины практически синхронны. Датчики мускульной активности со всех частей тела передают информацию на бортовой компьютер (находится на спине экзоскелета), который координирует все действия экзоскелета. В результате этого человек практически не испытывает усталости при физических нагрузках.



Узким местом данной конструкции является огромное энергопотребление и ограниченность движений пилота.

EXO-Wing





А вот это очень интересная разработка. Этот экзокостюм не дает человеку сил или выносливости, зато он позволяет летать. EXO-Wing от Atair выполнен из качественных композитных материалов и настолько легок, что почти не чувствуется за спиной! Вместе с тем, конструкция крыльев необычайно прочна, а пара микротурбин вкупе с крыльями позволяют человеку планировать в воздухе на несколько километров.





^ Cyberdyne HAL 
HAL (Hybrid Asistive Limb - "гибридные вспомогательные конечности") представляет собой внешний каркас для человеческого тела, предназначенный для повышения мускульных усилий.



Когда человек пытается двигаться, мозг посылает электрические импульсы к мышцам. Когда они доходят до мышц, на коже можно зарегистрировать слабые биоэлектрические сигналы. Специальные датчики считывают эти сигналы с кожи, а компьютер анализирует, какой силы необходимо совершить действие. Необходимое количество энергии поступает к сервомоторам, и они выполняют необходимое действие.



^ Технические характеристики:
Высота: 160см
Вес: 23кг (облегченный вариант - 15кг)
Питание: аккумуляторные батареи (AC100V)
Время работы: 2ч 40мин при нормальной нагрузке



Надо сказать, что костюм компенсирует свои вес, и поэтому тяжесть костюма не ощущается. Предполагается, что Cyberdyne HAL поможет людям со слабыми мышцами полноценно передвигаться; также возможно использование костюма в сферах деятельности, связанных с тяжелым физическим трудом.

Это, на мой взгляд, наиболее интересный вариант экзоскелета: начато его серийное производство и он находится в доступной продаже. Цена - $4200.

^ Российская разработка.

В нашей стране тоже ведутся кое-какие разработки в этой сфере. На 2015 год заявлен выпуск новой боевой экипировки для российской армии под названием "Боец-21", на эти цели из бюджета выделено около $35млн. "Боец-21" должен весить всего 22 килограмма (вес нынешней экипировки - 36кг), в него войдут усовершенствованные системы поражения, защиты, управления, жизнеобеспечения и энергообеспечения. Для пущей эффективности планируется добавить в экипировку элементы экзоскелета (по всей видимости, нечто вроде американского HULC), которые снимут часть нагрузки с опорно-двигательного аппарата бойца. Также экипировка будет содержать новейшую броню, созданную с применением нанотехнологий. Предполагается, что "Боец-21" будет использоваться военнослужащими ВДВ, сухопутных войск и морской пехоты.

^ 5. Сущность предлагаемой разработки.

Целью данного проекта является разработка действующего экзоскелета или его элемента(конечности), управляемой с помощью миоэлектрических сигналов.
Для достижения цели проекта ставятся следующие задачи:

    1. Освоить метод управления миоэлектрическими токами

    2. Разработать конструкцию экзоскелета

    3. Сборка и наладка работы экзоскелета

    4. Разработка алгоритмов движения

    5. Программирование управляющего микроконтроллера

Ожидаемыми результатами проекта являются:

  • Экзоскелет или элемент экзоскелета

  • 3D-модель экзоскелета в Solid Works 2010;

  • Проектно-сметная документация (согласно стандартам ISO 15288, ISO 15926);

  • Справка и открытый код системы;

  • Технико-экономическое обоснование.


^ 6. Права на интеллектуальную собственность.

7. Конкурентные преимущества.

8. Рынок сбыта.

9. Порядок коммерциализации результатов разработки.

На данном этапе разработки коммерциализация результатов разработки не предполагается.

^ 10. Организация работ.

Участники проекта:

  1. Инженер-механик (ММФ УрФУ, ММФ УрГУ) - 3 человека

  2. Био-механик (Спортфак) - 2 человека

  3. Нейрофизик (УГМА) - 2 человека

  4. Электронщик (РТФ) - 2 человека

  5. Программист (РТФ) - 2 человека

  6. Экономист (УрГЭУ) - 1 человек

Эксперты проекта:
План работы:



^ 11. Состояние и источники инвестирования в реализацию проекта.

Предполагается, что спонсором данного проекта выступит Уральский федеральный университет (УРФУ).

^ 12. Предстоящие затраты по проекту.

Затраты на реализацию проекта состоят из затрат на оборудование и материалы:

  • электропила по дереву и пластику – 1 шт;

  • многофункциональный инструмент Dremel 400 Series DIGITAL (400-4/80) – 1 шт;

  • паяльная станция – 2 шт;

  • ноутбуки – 2 шт;

  • стальные трубки – 4 шт;

  • контроллер – 2 шт;

  • силовые драйверы – 4 шт;

  • провода;

  • двигатели с редукторами (сервоприводы) ­– 8 шт;

  • блок питания;

  • аккумуляторы;

  • электроды – 8 шт;

  • коленный ортоз – 4 шт;

  • локтевой ортоз – 4 шт;

  • голеностопный ортоз – 4 шт;

Смета проекта:

покупка

описание, фирма

цена, руб

кол-во, шт

стоимость, руб

электропила по дереву и пластику

дисковая ДП 1500, 1500 Вт, d=200 мм, СМС-УРАЛ

2160

1

2160

Мини дрель

Dremel 400 Series DIGITAL (400-4/80)

5200

1

5200

паяльная станция

^ LS DIGI-60, АТОН (ООО ПКФ АТОН)

4680

2

9360

ноутбук




12000

2

24000

игрушечные радиоуправляемые танки

Танк 005671-D р/у+ак (коробка) КНР, Планета игрушек

1808

4

7232

платы для контроллеров

Промэлектроника

300

4

1200

платы для силовых драйверов

Промэлектроника

300

4

1200

провода

Промэлектроника

100

5 (м)

500










Итого:

47372



Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Название проекта iconНазвание проекта
...

Название проекта iconНазвание проекта
Краткое описание (аннотация) проекта (не более 1 стр., отразить основные цели и суть проекта, его уникальность, конкретное при­менение...

Название проекта iconНазвание проекта
Описание позитивных изменений, которые произойдут в результате реализации проекта по его завершению и в долгосрочной перспективе

Название проекта iconНазвание проекта
Данный документ предназначен для детального описания содержания проекта «Создание университета мирового уровня», определения целей,...

Название проекта iconНазвание проекта
Суть предлагаемого проекта: Создать предприятие, предоставляющие услуги большим и малым предприятиям мебельной промышленности по...

Название проекта iconНазвание проекта

Название проекта iconНазвание проекта: «Будущее своими руками»
Основной целью проекта является патриотическое воспитание молодежи посредством привлечения к общественно-полезному труду путем создания...

Название проекта icon1. Информация о компании Название компании (или название проекта, для которого делается сайт)
Магазин азиатской кухни, суши, ролы, японская еда с собой и с доставкой на дом. А так же продукты для приготовления суши дома

Название проекта iconПроекта
«мыши» на название появляется ниспадающее меню, содержащее ссылки на подразделы

Название проекта iconНазвание проекта
Система автоматизации процесса охлаждения хлебобулочных изделий различного ассортимента

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
www.vbibl.ru
Главная страница