Как сделать дома экзоскелет
Экзоскелет своими руками
Первый экзоскелет был совместно разработан General Electric и United States military в 60-х, и назывался Hardiman. Он мог поднимать 110 кг при усилии, применяемом при подъёме 4,5 кг. Однако он был непрактичным из-за его значительной массы в 680 кг. Проект не был успешным. Любая попытка использования полного экзоскелета заканчивалась интенсивным неконтролируемым движением, в результате чего он никогда полноценно не испытывался с человеком внутри. Дальнейшие исследования были сосредоточены на одной руке. Хотя она должна была поднимать 340 кг, её вес составлял 750 кг, что в два раза превышало подъемную силу. Без получения вместе всех компонентов для работы практическое применение проекта Hardiman было ограничено.
Дальше будет краткое повествование о современных экзоскелетах, которые так или иначе вышли на уровень коммерческой реализации.
REX — моторизированный экзоскелетный костюм (костюм экзоскелет), обеспечивающий прямохождение людям, страдающим параличом нижних конечностей. Созданный REX Bionics он доступен для покупки на территории России.
Возможности и технические характеристики:
1. Самостоятельная ходьба. Не требует костылей или иных средств для стабилизации, оставляя при этом руки свободными.
4. Экзоскелет для ног позволяет: встать\присесть, повернуться, идти назад, стоять на одной ноге, идти по лестнице, ходить по различным, даже наклонным поверхностям.
5. Устройством очень легко управлять – все функции активируются при помощи джойстика.
6. Прибор можно использовать весь день, благодаря высокоемкостному съемному аккумулятору.
7. При небольшом весе REX составляющем всего 38 килограмм, он выдерживает пользователя весом до 100 килограммов и с ростом от 1,42 до 1,93 метров.
8. Удобная система фиксации не вызывает никакого дискомфорта даже, если вы носите его целый день.
9. Также когда пользователь не двигается, а просто стоит REX не тратит заряд аккумулятора.
10. Доступ в здания без пандусов, благодаря возможности ходить по лестнице без посторонней помощи.
HAL (Hybrid Assistive Limb) – представляет собой роботизированный экзоскелет с верхними конечностями. На данный момент разработано два прототипа — HAL 3 (восстановление двигательной функции ног) и HAL 5 (восстановление работы рук, ног и торса). При помощи HAL 5 оператор способен поднимать и переносить предметы, в пять раз превышающие по массе максимальную нагрузку при обычных условиях.
Цена в России: обещали за 243 600 рублей. В открытых источниках информацию подтвердить не удалось.
Возможности и технические характеристики:
1. Вес устройства 12 кг.
2. Экзоскелет может выдержать до 80 кг.
3. Устройство может работать от 60 до 90 минут без подзарядки.
4. Экзоскелет активно применяется реабилитации пациентов с патологией моторных функций нижних конечностей из-за нарушений центральной нервной системы или как следствие нейромышечных заболеваний.
Rewalk
Rewalk — экзоскелет, позволяющий ходить людям, страдающим параличом нижних конечностей. Подобно наружному скелету или биоэлектронному костюму, устройство ReWalk при помощи специальных датчиков определяет отклонения в равновесии человека, а затем трансформирует их в импульсы, нормализующие его движения, что позволяет человеку ходить или стоять. ReWalk уже доступен в Европе, а на сегодняшний день одобрен FDA в Соединенных Штатах.
Возможности и технические характеристики:
1. Вес устройства 25 кг.
2. Экзоскелет может выдержать до 80 кг.
3. Устройство может работать до 180 минут без подзарядки.
4. Время зарядки батареи 5-8 часов
5. Экзоскелет активно применяется реабилитации пациентов с патологией моторных функций нижних конечностей из-за нарушений центральной нервной системы или как следствие нейромышечных заболеваний.
Ekso bionic
Ekso GT — это ещё один проект экзоскелета, который помогает людям с тяжёлыми заболеваниями двигательного аппарата, вновь обрести возможность передвигаться.
Цена в России: от 7,5 млн. рублей (под заказ).
Возможности и технические характеристики:
1. Вес устройства 21,4 кг.
2. Экзоскелет может выдержать до 100 кг.
3. Максимальная ширина бедер: 42 см;
4. Масса батареи: 1,4 кг;
5. Размеры (ВхШхГ): 0,5 х 1,6 х 0,4 м.
6. Экзоскелет активно применяется реабилитации пациентов с патологией моторных функций нижних конечностей из-за нарушений центральной нервной системы или как следствие нейромышечных заболеваний.
Далее предлагаю поле для фантазии. Давайте вместе поразмышляем, каким бы мог быть настоящий «народный экзоскелет»?
DM (Dream machine) – гидравлический автоматизированный экзоскелет с голосовой системой управления.
Цена в России: 700 000 рублей.
Возможности и технические характеристики:
1. Вес устройства 21 кг.
2. Экзоскелет должен выдерживать вес пользователя до 100 кг.
3. Сфера применения может быть значительно шире, чем реабилитация пациентов с патологией моторных функций нижних конечностей из-за нарушений центральной нервной системы или как следствие нейромышечных заболеваний. Это может быть промышленность, строительство, шоу-бизнес и индустрия моды.
Вопросы для обсуждения:
1. Каков оптимальный состав команды проекта?
2. Какова стоимость проекта на начальном этапе?
3. Каковы подводные камни?
4. Каким вам видится оптимальный срок реализации проекта от идеи до коммерческого старта?
5. Стоит ли начинать подобный проект сейчас и почему?
6. Какой должна быть география и экспансия на рынок?
7. Лично вы готовы принять участие в подобном проекте и если да, то в каком качестве?
З.Ы. Буду признателен за конструктивную дискуссию, мнения, доводы и аргументы за и против в комментариях. Уверен, что не я один такой в раздумьях. Между тем, я уверен, что экзоскелет – это новый iPhone в мировой массовой культуре на горизонте ближайших десяти лет.
Чувак собрал настоящий экзоскелет прямо у себя дома
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.
Немного истории
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.
Классификация:
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.
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.
Изобретение Джеймса Хобсона
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.
Самодельный экзоскелет: зачем он нужен строителям и как его сделать
Экзоскелет – это слово, слышали, пожалуй, многие, если не все. И, вероятно, видели его на картинках или в видеороликах. И этот внешний скелет (по-гречески «экзо» значит внешний) действительно впечатляет. Потому что с ним люди даже с ограниченными физическими возможностями могут ходить, многое делать.
Но как это бывало и с другими устройствами, агрегат оказался нужным не только для тех, кому он предназначался. В частности, им заинтересовались и специалисты строительных специальностей.
Чем экзоскелет интересен для строителей и почему они не бросились его покупать
Википедия определяет экзоскелет как устройство, восполняющее утраченные функции человека. Исходя из такого определения, у вас, вероятно, возникнет вопрос: зачем же он нужен строителям. Ведь среди них, в принципе, едва ли встречаются инвалиды. И это действительно так. Инвалидов среди них, пожалуй, не отыщешь.
Экзоскелет интересен строителям своей возможностью помогать выполнять тяжелые операции.
Но это устройство полезно не только для тяжелых работ. В частности, оно просто незаменимо для тех, кому при выполнении работы подолгу приходится держать руки в поднятом положении. Например, при выполнении электромонтажных работ, укладке плитки на стены и т.п. То есть он интересен людям многих строительных специальностей: отделочникам, электрикам, плиточникам и т.д.
Интерес, пожалуй, понятен и очевиден. Однако здесь имеется огромное «НО». Это цена. Если вы попытаетесь навести справки, то узнаете, что стоимость экзоскелета измеряется тысячами долларов. Поэтому-то умельцы и задумались, как сделать реплику этого устройства своими руками. Причем адаптировав его к потребностям строителя. То есть человека вполне здорового.
Особенности самодельного экзоскелета для строителей
В результате изучения классического экзоскелета, народные умельцы пришли к выводу, что строительная версия этого устройства должна быть:
Таким образом, чтобы удовлетворять этим требованиям, основу самодельного устройства должны составлять легкие тонкостенные трубки.
В его поддерживающих артикуляциях лучше устанавливать газлифты только небольшой мощности. Но достаточной, чтобы поддерживать руки в поднятом состоянии.
Чтобы специалисту было удобно работать с экзоскелетом, на теле он должен крепить с помощью удобных ремней. Причем их расположение должно быть четко выверенным.
В результате одному из умельцев удалось изготовить первую модель самодельного экзоскелета. Ее вы может увидеть на следующем фото:
Как правильно использовать самодельный экзоскелет
В принципе, понятно, что устройство действительно упрощает работу специалиста. Особенно, если ему приходится работать с постоянно поднятыми руками. Однако создатель самодельной разработки советует не увлекаться ею. Чтобы не лишать тело необходимой физической нагрузки. Хотя бы треть всей работы следует выполнять, не применяя экзоскелет. В принципе, с такой рекомендацией, по-моему, стоит согласиться.
Готовую самоделку вы можете увидеть в следующем видеоролике. Более того, вы найдете здесь и более подробную информацию на этот счет.
Если вы хотите найти подробную информацию о тонкостях изготовления самодельного устройства, то сделать это довольно просто. Для этого достаточно только в поисковик ввести поисковый запрос «самодельный экзоскелет». И вы получите огромное количество ссылок на эту тему. И целую кучу полезных сведений.
Как сделать дома экзоскелет
База самоделок для всех!
Это пневматический экзоскелет с очень прочным стальным каркасом. Для этого скелета нам понадобится сварка (совсем немного), дрель и отрезная. Обшивка была нарезана на чпу фрезе. Ну, и немного стали.
Начнем мы с каркаса рук.
Весь каркас мы делаем из стального профиля. Он хорошо обрабатывается и благодаря многочисленным отверстиям очень удобен для соединения. Для первого элемента (на фото) нужно примерно 2 метра стального профиля, джойстик, кусок оргстекла и 18 болтов с гайками на 6 мм.
Или же сбоку. Внизу будет установлена дуга из ПЭТа.
Все элементы подгоняются под конкретную руку поэтому о каких- то точных размерах сказать сложно. В моем случае основа этого элемента делалась из цельного куска в 1 метр и перегибалась под 90 градусов через 45-10-45 см.
Второй элемент идет от локтя до плеча. Его размеры также подгоняются под конкретного пилота, но важно учитывать что именно через это элемент будет одевать вся рука и поэтому его нужно сделать чуть свободней, чем нужно. Суставом и соединителем тут служит очень мощная петля. Само собой можно нагородить и нормальные локти из подшипников, но тут это будет лишнее. На каждую руку нужно будет по 2 петли. Крепятся они также на 6 мм болты.
Вот так выглядит это всё сверху.
Или сбоку. Если есть небольшие «перепилы» как у меня это не страшно. На сталь в слабых местах всегда можно наварить нужные элементы. Для этого участка понадобится примерно 1,5 метра стального профиля.
Вот так рука крепится к шаровой опоре, которая служит тут плечевым суставом. Довольно мощный и подвижный элемент. Крепится эта опора на 2 насквозь проходящие через весь каркас шпильки на 10 мм.
Сделаем 5-6 штук 20 см пневмомускул. Со стороны джойстика устанавливаем стальную пластину. Примерно на расстоянии 3 см от конца петли.
На эту пластину и на другой конец каркаса и крепим мускулы. Если отверстий будет не хватить — сверлим. Всё равно всё это будет ещё покрываться пластиком.
Сверху это выглядит вот так. Нужно так подобрать расположение пластины и длины мышц чтобы при полном их расслаблении рука была полностью прямой и дальше не двигалась. Только на изгиб и только при активации мускулов.
Также, при подборе элементов и нужного градуса изгиба, нужно учитываться что мускулы сокращаются примерно на 1/3.
Так же делается и вторая рука. Вместо двух штырей на конец можно приделать всё что угодно. Там место много и благодаря большому количеству отверстий на профиле можно приделать хоть манипулятор, хоть крюк.
Следующий элемент это грудная основа с пнематикой. Это наиболее сложный и тяжелый элемент т.к. очень много элементов.
Сначала покажу как это должно выглядеть в конце.
Можно увидеть огромное количество зеленых трубок пневмопровода, мускулы, клапана, аккумуляторы.
Основу каркаса спины мы также делаем из стального профиля. Состоит он из 2 пропиленных и изогнутых элементов по 1 метру и одного «П» образного элемента 60-30-60. Всё это прошивается шпильками нужной длины. Я брал по 50 см плечевые и по 35 см которые сшивают по ширине. Вот так это выглядит спереди.
Сбоку это выглядит вот так. Все зажимается и соединяется болтами — никакой сварки. Так потом проще что-то снимать и подгонять, а это точно нужно будет делать не раз.
Бедра состоят из 4 элементов профиля длиной 20 см, 2 элементов из профиля длиной 10 см и 2 мощные шпильки на 12 мм, которые и соединяют все это. К спине бедра крепятся через очень мощную петлю.
Ноги также крепятся через шаровую опору. Она устанавливается через 5 см кусок профиля. Это элемент зажимается 20 см кусками профиля через шпильку. Должно быть что-то типа вот такого. Это прочно и подвижно получается.
А теперь самое сложное — пневматика.
Есть более простой, но менее эффективный вариант.
Приводы те же, но вся пневматика будет раз в 10 меньше. и во столько же раз неэффективней.
Но мы делаем первый вариант.
Сначала соединяем распределитель, ресивер, компрессор и пневмореле в 1 модуль. Так будет значительно удобней.
Питание выводим через пневмореле на какой-нибудь мощный переключатель (На 25А) и на аккумуляторы.
На передней части ставим 3 стальные пластины по 30 см. На них мы будем крепить компрессорный модуль и клапана. Также они дают дополнительную жесткость всей конструкции. Их можно наварить или же как я просто закрутить болтами дабы потом можно было снимать/подгонять.
Крепим на пластину клапана. Учитываем что на каждую группу мышц нужно 2 клапана — для активации и для спуска.
Все выходные трубки каждого активационного клапана подключаем к распределителю. Распределитель это по сути пневматический тройник. В него идет относительно толстый шланг от ресивера, а с него выходит много тонких трубок. Можно обойтись и без него, но понадобится просто огромное количество тройников от омывателя.
Кроме локтевого привода есть ещё привод на плече. Он позволяет ещё больше поднять руки. Для плеча нам понадобится 2 стальных уголка 10*10 см, 6 пневмомускул и небольшая стальная пластина для фиксации мышц. Первый уголок мы зажимаем между шаровой опорой и каркасом. На этот уголок крепим мышцы. Часть мышц крепим напрямую к каркасу. Это даст и дополнительную связку каркас-рука и не даст руке во время активации мышцы уехать в бок.
Второй уголок крепится уже на руку. Важно так подобрать длину мышц и расположение уголка чтобы при полностью расслабленных мышцах рука свободно висела. Удобно все сменные и подгоняемые элементы крепить на барашки. Это очень сильно ускорит первичную сборку,а потом уже можно и на обычные гайки.
Осталось сделать ноги с обшивкой и экзоскелет готов!
Самая сложная часть ноги это коленный сустав. Вот так он выглядит. Их нужно сделать 4 шт. Соединяется он с помощью сварки.
Фотография несколько смазана, но принцип увидеть можно. Это просто подшипник в зажиме и ограничитель хода. К подшипнику навариваются, по сути, держатели и через них идет крепление к ноге.
Если не делать ограничение хода то появляется вероятность повреждения ноги пилота.
Каркас ноги состоит из 4 подковообразных элементов. Все их размеры также подгоняются под конкретного человека. Все 4 элемента имею разные размеры. Скрепляется всё шпильками 10-12 мм, причем выводим 2 шпильки на длину бедра. Через них нога и будет крепится к шаровой опоре бедра.
Вариантов как сделать ступни было 2. Первый состоял в использовании уже готового элемента.
Это был более простой и быстрый способ. Для такой ступни нужно было только 4 элемента: Один стальной держатель для бруса, стальная пластина под ступню и 2 уголка для крепление к ноге. Крепится все должно было с помощью обычных портфельных шлейфов и замков.
Второй вариант заключался в изготовлении из пластин более аэргономичной конструкции. На этом варианте мы и остановились.
В этой ступне все элементы это просто 4 мм сталь, изогнутая и подогнанная под ногу. Элементы провариваются.
Ноги также имеют приводы. По 2 на ногу. Они позволяют удерживать статичное состояние или же подняться. Одна группа мышц расположена в бедре и тянется от каркаса бедра к верхней подкове ног. Мышцы как бы тянет вперед ногу.
Вторая группа мышц расположена прямо в каркасе ноги. Эта группа при активации «стягивает» ногу. Шланги идут к спине, к клапанной группе.
Управление ногами осуществляется через кнопки расположенные в «лодыжке». Т.е. мы тянем ногу назад и нажимаем кнопку.
Как и в случае с рукой ведем провода к клапанам. Руки используют только 2 из 5 контактов джойстиков поэтому можно приделать какое-то оборудование. Или же перевести управление ног на руки.
Для зашиты всей пневматики от повреждений и защиты пилота от пневматики весь экзоскелет покрывался противоударным ПЭТом.
ПЭТ это что-то типа толстого спрессованного полиэтилена. Является антивандальным покрытием. Покрываем пластиком места непосредственного расположения пневматики и участки контакта с пилотом. Крепим саморезами и болтами.
В обшивку ног устанавливаем кнопки для управления. Тут их лучше видно. Верхние кнопки управляют бедренными приводами. Провода и трубки лучше поместить в какую нибудь гофру или же другой шланг — их так много что велика вероятность случайно задеть.
Для того чтобы экзоскелет можно было легко одевать и снимать в качестве держателей пилота используем портфельные лямки.
Скелет готов! Само собой это не 146% точное руководство по сборке т.к. многое было не сфоткано, да и времени много прошло, но основные моменты для сборки я считаю освещены.