Каркас руки: основа конструкции
Сборка начинается с создания каркаса для рук. Основным материалом служит стальной профиль, который необходимо тщательно обработать. Его перфорированная структура с множеством отверстий значительно упрощает процесс соединения деталей. Для изготовления первого сегмента (предплечья) потребуется примерно 2 метра профиля, джойстик для управления, кусок оргстекла и 18 болтов с гайками диаметром 6 мм.
Конструкция индивидуальна и подгоняется под анатомию оператора, поэтому точные универсальные размеры указать сложно. Например, основа этого элемента может быть изготовлена из цельного метрового отрезка, согнутого под углом 90 градусов в соотношении 45-10-45 см. Снизу к нему крепится ПЭТ-арка для усиления.
Переход от локтя к плечу
Второй ключевой элемент соединяет локоть с плечом. Его также изготавливают по индивидуальным меркам, но с важным нюансом: поскольку через этот узел осуществляется крепление всей руки к корпусу, он должен быть немного свободнее для комфорта. Соединение реализуется с помощью двух очень прочных петель на каждую руку, которые фиксируются болтами на 6 мм. Это обеспечивает надежность, превосходящую обычные шарниры.
На этот участок уходит около 1.5 метра стального профиля. Незначительные недочеты при обработке не критичны, так как в слабых местах всегда можно добавить металл с помощью сварки.
Плечевой сустав и привод
Рука крепится к корпусу через шаровой шарнир, выполняющий роль плечевого сустава. Это мощный и мобильный элемент, который монтируется на две шпильки диаметром 10 мм, проходящие через раму.
Для привода сгибания в локтевом суставе изготавливается 5-6 пневматических мышц длиной 20 см. Со стороны джойстика на раму устанавливается стальная пластина на расстоянии примерно 3 см от петли. На этой пластине и на противоположном конце каркаса крепятся пневмомышцы. Если отверстий в профиле недостаточно, их можно просверлить, так как впоследствии эта зона будет закрыта пластиком.
Критически важно правильно подобрать положение пластины и длину мышц. При полностью расслабленных мышцах рука должна быть абсолютно прямой, а сгибание должно происходить только при их активации. Необходимо учитывать, что пневмомышцы сокращаются примерно на треть от своей исходной длины.
Вторая рука собирается по аналогии. Концевая часть каркаса, благодаря обилию отверстий, позволяет закрепить различное навесное оборудование: от манипуляторов до простых крюков.
Центр управления: грудная база с пневматикой
Это самый сложный и ответственный узел всего экзоскелета, объединяющий силовой каркас и пневмосистему.
Нижняя часть задней рамы изготавливается из стального профиля и состоит из двух пильных, одного криволинейного и одного П-образного элемента. Все соединения выполняются на заклепках и болтах, что облегчает последующую разборку и регулировку. Сварка не используется намеренно для повышения ремонтопригодности. Примерные размеры рамы — 50 см в высоту и 35 см в ширину.
Крепление ног и тазобедренный узел
Бедра собираются из профильных элементов и соединяются с корпусом через мощные петли. Крепление ноги осуществляется через шаровой шарнир, смонтированный на отрезке профиля, что обеспечивает и прочность, и необходимую подвижность.
Сердце системы: пневматическая схема
Для работы экзоскелета используется стандартная, но эффективная пневмосистема. В ее состав входят: 16 пневмоклапанов, тройники, компрессор, реле давления, ресивер, 8 групп пневмомышц, распределитель и 2 аккумулятора. Все это размещается на задней части корпуса.
Существует и более простая, но менее производительная альтернатива с компактной пневматикой.
В выбранном варианте в качестве ресивера используется трехлитровый огнетушитель, компрессор — двухцилиндровый от автомобиля, клапаны — от полуавтоматической сварки, а реле давления — фреоновое. Рабочее давление настраивается в диапазоне 2-5 атмосфер: чем выше давление, тем больше мощность, но меньше стабильность работы.
На передней части рамы крепятся три стальные пластины для монтажа компрессорного модуля и клапанов. Каждой группе мышц соответствуют два клапана: на подачу воздуха и на сброс. Все подающие трубки от клапанов сводятся к распределителю (пневматической "футболке"), который получает воздух от ресивера.
Плечевой привод и завершение сборки рук
Помимо локтевого, добавляется плечевой привод для подъема всей руки. Он состоит из двух стальных уголков, шести пневмомышц и крепежной пластины. Уголки зажимаются между шаровой опорой и рамой, а мышцы крепятся к ним и к каркасу, что дополнительно стабилизирует конструкцию. Длина мышц подбирается так, чтобы рука свободно свисала в расслабленном состоянии.
Конструкция ног: от колена до стопы
Самый сложный узел ноги — коленный сустав. Он изготавливается в количестве 4 штук и включает в себя подшипник и ограничитель хода, который критически важен для безопасности оператора.
Каркас ноги состоит из четырех подковообразных элементов разного размера, которые собираются на шпильках диаметром 10-12 мм.
Для стопы был выбран эргономичный вариант из 4-миллиметровой стали, согнутой по форме ноги. Это более трудоемкий, но комфортный способ по сравнению с использованием готовых элементов.
Ноги также имеют пневмопривод. Одна группа мышц, расположенная в области бедра, отвечает за подъем ноги вперед. Вторая группа, размещенная в каркасе голени, обеспечивает ее "сжатие". Управление осуществляется кнопками, расположенными в районе голеностопа.
Защита, обшивка и финальные штрихи
Для защиты пневмосистемы и оператора весь экзоскелет обшивается ударопрочным ПЭТ (полиэтилентерефталатом). Пластик крепится винтами и болтами в зонах размещения пневматики и контакта с телом.
Провода и трубки рекомендуется помещать в гофру для защиты от случайных повреждений. Для удобства надевания и фиксации на операторе используются лямки от чемоданов.
На этом сборка мощного пневматического экзоскелета завершена. Данное руководство освещает ключевые этапы процесса, позволяя понять основные принципы конструирования подобных систем.
Больше интересных статей здесь: Производство.
Источник статьи: Это пневматический экзоскелет с очень прочным стальным каркасом.