На рисунке — модель Man-Amplifier от компании Ross-Hime Designs. У нее двадцать шесть степеней свободы движения, не считая те, которые относятся к “рукам”. Грузоподъемность — 226 килограмм.

“Руки” и “ноги” построены по методу компоновки, базирующемуся на сочетании немногочисленных составных модулей, что упрощает поддержку модели и уменьшает количество отдельных частей; здесь используются несложные гибкие суставы, это шаг вперед по сравнению с обычными стержневыми суставами, оставшимися в прошлом. В “бедрах” здесь — две степени свободы, в “коленях” – одна, и две в суставах “щиколоток”. Используются уникальные патентованные гидростатические суставы муфтового типа, снабженные шарнирами (данный дизайн детально описан в главе 5). Все суставы работают от электрических шариковинтовых приводов, (кроме “плеч” и “запястий”, использующих вращаемые приводы).

“Бедра” прикрепляются к крестовидному модулю, поддерживающему “позвоночник” с тремя степенями свободы. “Позвоночник” обеспечивает оператору свободу передвижения. “Позвоночное” сочленение состоит из плечевого сустава Rosheim, специально приспособленного для переноски грузов. Таким образом, он более мощный, чем “плечевые” приводы, и лучше сбалансирован. Поддержание равновесия и собственного веса системы осуществляется электроникой при помощи суставов с автоматической блокировкой. К верхней части позвоночника прикреплен полый крестовидный модуль, поддерживающий “руки”. Каждая из “рук” имеет семь степеней свободы; (три степени “плечевых” суставов, “локти“ с одной степенью, и “запястья” с тремя степенями свободы).

Сочленения как “рук”, так и “ног” являются полыми внутри, что дает возможность подводки кабелей питания и сенсоров позиционирования. Это важная особенность, позволяющая избежать спутывания проводов и их перегибов, таким образом уменьшить вероятность сбоев и простоя, а также обезопасить оператора. Во время “одевания” оператор “ступает” в Man-Amplifier назад и прикрепляется к системе при помощи пристежных манжет, расположенных в различных ключевых точках на конечностях. Превосходство Man-Amplifier состоит также в упрощенном управлении, потому что оператор фактически является частью движимой системы. При его движениях манжеты, чувствительные к нажатию, посылают сигналы в моторы приводов, позволяя всей системе двигаться.

В отличие от модели Hardiman, кинематика суставов Man-Amplifier близка к кинематике оператора. Это делает систему изначально удобной в использовании. Оператор не обязан детально планировать свои движения или бороться с возникающими трудностями, которые могут ограничить движение или причинить вред. С выпуском новых версий также улучшена стабильность (особенно в суставах “бедер” и “щиколоток”).

Дизайн учитывает механические ограничения человеческих суставов, что позволяет снизить риск для оператора и/или системы. Это особенно важно, поскольку из-за многочисленных степеней свободы и итоговой гибкости в системе могут возникнуть неестественные расположения суставов, конфликтующие с естественными ограничениями человеческих суставов. В некоторых суставах (например, лодыжках), доступны инициируемые оператором круговые движения. В данном случае нагрузку берут на себя подшипники, так как минимальные вращательные нагрузки в таких суставах могут быть вполне под контролем оператора.

Питание Man-Amplifier может осуществляться от аккумуляторов, силового кабеля или, как было предложено Pitman в Лос-Аламосе, высокоэффективных топливных элементов. Гидравлическая управляющая система выглядит логично в плане простоты и надежности, но считается громоздкой и неэффективно, если речь идет о мобильных устройствах. General Electric разработала подобную систему управления и нашла в ней изъяны (Mosher 1967, 1971).

Применения для неотложной помощи включают внимательный разбор обломков — для спасения людей, погребенных под бетонными балками, обрушившимися стенами, обломками транспортных средств и другими последствиями стихийных или техногенных катастроф. Военные могут найти модель полезной при устранении результатов кораблекрушений, после попадания бомб или крылатых ракет, падений самолетов на палубу авианосцев и т.д. Гражданское оборудование (краны и бульдозеры) требует известных умений и опыта, и часто подвергает опасности жизнь спасаемых. Man-Amplifier, в силу тесной интеграции оператора с системой, обеспечивает большую чувствительность в задачах поиска жертв под обломками. Применение технологии man-amplifier может принести пользу физически обделенным людям. Люди с частично парализованными или ампутированными конечностями могут снова обречь способность передвигаться (Morecki 1984). Люди, страдающие от полного паралича, могут снова получить свободу при помощи соответствующего сенсорного интерфейса. Более стандартное использование подразумевает, например, управление материальным производством, в котором один человек, усиленный системой man-amplifier, может заменить несколько машин-погрузчиков.

Преимущество системы Man-Amplifier в том, что она может выполнять работу нескольких людей. Система может позволить военным уменьшить количество обслуживающего персонала, и таким образом, снизить показатель отношения боевого персонала к обслуживающему. Места, где ее применение будет наиболее оправданным в ближайшем будущем, — тактические ситуации загрузки артиллерийских снарядов, передвижения материальных запасов или перевалки грузов, и переноски хрупких предметов типа компьютеров в портах. Как только использование системы для технической поддержки будет оправдано, логичный шаг – разработка быстро передвигающейся боевой машины для пересеченной местности.

Боевое применение системы может быть очень широким, например, в качестве дополнения элитных боевых частей (Shaker 1988). Боевые единицы будут дорогими в критических ситуациях, и стоимость их не будет решающей. Поскольку на сорока процентах поверхности Земли нельзя передвигаться на колесном транспорте, способность Man-Amplifier поднимать и переносить тяжелое оборудование, например, пулеметы, мортиры и амуницию по пересеченной местности, недоступной для колесного транспорта, может сильно облегчить транспортировку во время специальных операций. Создание аварийных убежищ и других структур, например, мостов, — другое очевидное применение для Man-Amplifier.

Текст и рисунки:

Rosheim, M. 1989a. «Man-Amplifying Exoskeleton. Pages 402-411. Wolfe, W. and Chun, W. Chairs/Editors. 1989. «Mobile Robots IV.» Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering. Vol. 1195. Philadelphia, Pennsylvania. 6-7 November 1989.

Категория: История | 1 Комментарий »

Комментарии