Eksterskeleto (ankaŭ konata kiel elektra kiraso, potenckiraso, eksokadro, alteriĝlokproceso, aŭ eksoproceso [ citaĵo bezonis ]) estas portebla movebla maŝino kiu estas funkciigita far sistemo de elektromotoroj, pneŭmatiko, leviloj, hidraŭliko, aŭ kombinaĵo de teknologioj kiuj enkalkulas membro movadon kun pliigita forto kaj eltenivo.
#000001
La plej frua eksterskelet-simila aparato estis aro de piedirado, saltado kaj kurado helpis aparataron evoluigitan en 1890 fare de rusa nomita Nicholas Yagin.
Kiel unuon, la aparataro utiligis kunpremitajn sensencaĵulojn al butikenergio kiu kunlaborus kun movadoj, kvankam ĝi estus pasiva en operacio kaj postulata homa povo.
En 1917, usona inventinto Leslie C. Kelley formiĝis kion li nomis pedomotor, kiu operaciis vaporforto kun artefaritaj ligamentoj aganta enen paralela al la portantmovadoj.
Kun la pedomotor, energio povus esti generita krom la uzanto.
#000004
La unua vera eksterskeleto en la signifo de esti movebla maŝino integrita kun homaj movadoj estis ko-evoluigita fare de General Electric kaj la United States Armed Forces (Unuiĝinta States Armed Forces) en la 1960-aj jaroj.
La vestokompleto estis nomita Hardiman, kaj faris levantajn 110 kilogramojn (250 funt.) sentas kiel levanta 4.5 kilogramoj (10 funt.).
Funkciigita far hidraŭliko kaj elektro, la vestokompleto permesis al la portanto plifortigi ilian forton je faktoro de 25, tiel ke levi 25 kilogramojn estis same facila kiel ĉesigo unu kilogramo sen la vestokompleto.
Trajto sinkronigis tuŝreligo rajtigis la portanton senti la fortojn kaj objektojn estantajn manipulita.
#000005
[ citaĵo bezonis ] En januaro 2007, Newsweek revuo raportis ke la Kvinangulo donis evolfondaĵojn al nanoteknologo, Ray Baughman de la Universitato de Teksaso en Dallas, por evoluigi arme-kvalitajn artefaritajn elektro-aktivaĵpolimerojn.
Tiuj elektre kuntiraj fibroj estas celitaj pliigi la fort-al-pezan rilatumon de movadsistemoj en armea elektra kiraso.
#000009
Alia areo de aplikiĝo povis esti medicina prizorgo, flego aparte.
Alfrontite kun la urĝa manko de medicinaj profesiuloj kaj la kreskanta nombro da homoj en maljuna prizorgo, pluraj teamoj de japanaj inĝenieroj evoluigis eksterskeletojn dizajnitajn por helpi al flegistinoj lifton kaj porti pacientojn.
#000011
Eksterskeletoj ankaŭ povas esti uzitaj en la areo de rehonorigo de bato aŭ mjelotraŭmo pacientoj.
Tiaj eksterskeletoj foje estas ankaŭ nomitaj Step Rehabilitation Robots.
Eksterskeleto povis redukti la nombron da terapiistoj bezonitaj permesante al eĉ la plej malhelpita paciento esti trejnita fare de unu terapiisto, dum pluraj estas nuntempe necesaj.
Ankaŭ trejnado estus multe da unuforma, pli facila analizi retrospektive kaj povas esti specife adaptita por ĉiu paciento.
Ĉe tiu tempo ekzistas pluraj projektoj dizajnantaj trejnadhelpojn por rehabilitadocentroj ( PROMENKUROJ-eksterskeleto, Lokomat, Modular-roboteksterskeleto UniExo, Capio kaj la paŝadotrejnisto, HAL 5.
#000012
Rehabilitadeksterskeletoj povas esti formitaj tia ke ili disponigas minimuman kvanton de asistado.
Laŭ tiu maniero, ili povas elektronike maksimumigi la klopodojn de la paciento kie eblan kaj tiel disponigas pli rigoran, laŭcelan terapiosesion.
Ekso-Bioniko de Richmond Kalifornio evoluigis la Ekso Gt, kiu asimilas tiun kapablon: "La SmartAssist-softvaro permesas al fizikaj terapiistoj variigi la subtenon de la aparato por ĉiu gambo sendepende - de plena kapablo al libera piedirado - kaj tiel renkonti la specifajn bezonojn de pacientoj.
Tiu kapableco ebligas la Ekso Gt reestabli pli larĝan gamon da pacientoj, de tiuj tro malforta por piediri al tiuj kiuj estas preskaŭ sendependaj."
[ citaĵo bezonis ] La Ekso Gt ankaŭ estas la unua eksterskeleto estanta aprobita fare de la FDA por batpacientoj.
#000013
[ citaĵo bezonis ] germana Esplorcentro por Artefarita inteligenteco evoluigis du ĝeneraluzeblajn eksterskeletojn CAPIO kaj VI-robotprogramon.
Ili ankaŭ pripensis homajn fortsentemojn en la dezajno kaj operaciofazoj.
Teleoperation kaj potencoplifortigo laŭdire estis la unuaj aplikoj, sed post lastatempaj teknologiaj progresoj la vico da aplikiĝkampoj laŭdire larĝigis.
Kreskanta rekono de la scienca komunumo signifas ke tiu teknologio nun estas utiligita en telemanipulado, viro-plifortigo, neŭromotora kontrolesplorado kaj rehabilitado, kaj por kunlabori kun difektita homa motorkontrolo (
#000014
La medicina kampo estas alia primareo por eksterskeletteknologio, kie ĝi povas esti uzita por plifortigita precizeco dum kirurgio, [ citaĵo bezonis ] aŭ kiel helpon por permesi al flegistinoj movi pezajn pacientojn.
#000015
Ekzistas kreskanta kvanto de petskriboj por eksterskeleto, kiel ekzemple malkreskinta laceco kaj pliigita produktiveco dum malŝarĝante provizas aŭ rajtigante soldaton porti pezajn objektojn (80-300 kg) dum kurado aŭ surgrimpante ŝtuparon.
Ne nur povis soldato eble porti pli da pezo, supozeble, ili povis uzi pli pezan kirason kaj armilojn malaltigante sian metabolan indicon aŭ konservante la saman indicon kun pli portas kapaciton.
Kelkaj modeloj uzas hidraŭlikan sistemon kontrolitan per enkonstruita komputilo.
Ili povus esti funkciigitaj per eksplodmotoro, baterioj, aŭ eble al fuelpiloj.
#000016
En civilulareoj, eksterskeletoj povus esti uzitaj por helpi fajrobrigadistoj kaj aliaj savlaboristoj postvivi danĝerajn mediojn.
#000017
Ekso Bionics nuntempe formiĝas kaj produktas inteligente eksterskeletajn bionajn aparatojn kiuj povas esti allaĉitaj kiel porteblaj robotoj por plifortigi la forton, moviĝeblon, kaj eltenivon de soldatoj kaj paraplegic'oj.
Diversaj problemoj restas esti solvitaj, la plej senkuraĝigaj estante la kreado de kompakta elektrofonto sufiĉe potencaj por permesi al eksterskeleto funkciigi por plilongigitaj periodoj sen esti ŝtopitaj en eksteran potencon kaj, la eksterskeleto ne limigante la flekseblecon kaj moviĝeblon de la uzanto.
#000019
Inĝenieroj de eksterskeletoj renkontas kelkajn grandajn teknologiajn defiojn por konstrui vestokompleton kiu estas kapabla je rapidaj kaj facilmovaj movadoj, ankoraŭ estas ankaŭ sekura funkciigi sen ampleksa trejnado.
#000020
Unu el la plej grandaj problemoj alfrontanta inĝenierojn kaj dizajnistojn de eksterskeletoj estas la elektroprovizo.
Ekzistas nuntempe malmultaj energifontoj de sufiĉa energiintenso por daŭrigi plen-korpan eksterskeleton por pli ol kelkaj horoj.
#000022
Aktuale en 2015, la plej multaj esplordezajnoj estas firmligitaj al multe pli granda aparta energifonto.
Por eksterskeleto kiu ne devos esti uzita en tute memstaraj situacioj kiel ekzemple batalkamposoldato, tiu limigo povas esti akceptebla, kaj la vestokompleto povas esti dizajnita por esti uzita kun permanenta potenco umbilika.
Tio estas precipe utila en loĝistika subteno kaj kelkaj industriregionoj.
#000028
Komencaj eksterskeleteksperimentoj estas ofte faritaj uzante nekostaj kaj facila por muldi materialojn, kiel ekzemple ŝtalo kaj aluminio.
Tamen, ŝtalo estas peza kaj la eksterskeleto devas funkcii pli forte por venki sian propran pezon por helpi la portanton, reduktante efikecon.
La aluminialojoj uzitaj estas malpezaj, sed malsukcesas tra laceco rapide;
estus neakcepteble por la eksterskeleto malsukcesi katastrofe en alt-ŝarĝa stato "faldante supren" sur si mem kaj vundante la portanton.
#000029
Plie, novaj serioj elastaj aktuarioj kaj aliaj deformeblaj aktuarioj estas proponitaj por uzo en roboteksterskeletoj bazitaj sur la ideoj de kontrolo de rigideco en homaj membroj.
#000034
Pneŭmatikaj artefaritaj muskoloj estas nova teknologio en pneŭmatikaj aktuarioj.
Pri tiu aktuario, la volumeno de la cilindroŝanĝoj, helpante efikecon laŭ termodinamikaj principoj.
#000035
[ citaĵo bezonis ] Komuna fleksebleco
#000038
Fleksebleco de la homa anatomio estas alia dezajnotemo, kaj kiu ankaŭ influas la dezajnon de nefunkciigitaj malfacilaj ŝelaj kosmovestoj.
Pluraj homaj artikoj kiel ekzemple la koksoj kaj ŝultroj estas pilko kaj ingojuntoj, kun la centro de rotacio ene de la korpo.
Ĝi estas malfacila por eksterskeleto al precize egalas la decidproponojn de tiu globjunto uzante serion da eksteraj unu-aksaj ĉarnirpunktoj, limigante flekseblecon de la portanto.
#000039
Aparta ekstera globjunto povas esti uzita kune kun la ŝultro aŭ kokso, sed tio tiam formas serion de paralelaj bastonoj en kombinaĵo kun la ostoj de la portanto.
Ĉar la ekstera globjunto estas rotaciita tra sia intervalo de moviĝo, la pozicia longo de la genuo/kubutartiko plilongigos kaj mallongigos, kaŭzante juntmisparaleligon kun la korpo de la portanto.
Tiu deglito en vestokompletparaleligo kun la portanto povas esti permesita, aŭ la vestokompletmembroj povas esti dizajnitaj por plilongigi kaj mallongigi sub potenchelpo kiel la portanto moviĝas, por konservi la genuo-/kubutartikojn en paraleligo.
#000040
Mjel fleksebleco estas alia defio ĉar la spino estas efike stako de limigit-moviĝaj globjuntoj.
Ekzistas neniu simpla kombinaĵo de eksteraj unu-aksooĉarniroj kiuj povas facile egali la plenan intervalon de moviĝo de la homa spino.
Ĉeno de eksteraj globjuntoj malantaŭ la spino povas prezenti proksiman aproksimadon, kvankam ĝi denove estas la paralel-drinkeja longoproblemo.
Klinante antaŭen de la talio, la vestokompletaj ŝultroartikoj premus malsupren en la korpon de la portanto.
Kliniĝante malantaŭen de la talio, la vestokompletaj ŝultroartikoj leviĝus de la korpo de la portanto.
Denove, tiu paraleligo verŝas kun la korpo de la portanto povas esti permesita, aŭ la vestokompleto povas esti dizajnita por rapide plilongigi aŭ mallongigi la eksterskeletodornon sub potenchelpo kiel la portanto moviĝas.
#000042
Rapida kaj preciza asistivepoziciigado estas tipe farita uzante vicon da rapidecoj kontrolitaj uzante komputilpoziciosentadon de kaj la eksterskeleto kaj la portanto, tiel ke la asistivedecidpropono nur moviĝas tiel rapida aŭ ĝis la decidpropono de la portanto kaj ne pafas aŭ subpafas.
(Tio estas nomita danĝernivele malseketigita servo.
Tio povas impliki rapide akcelante kaj bremsante la decidproponon de la vestokompleto por egali la portanton, tiel ke iliaj membroj iomete premas kontraŭ la interno de la vestokompleto kaj tiam ĝi moviĝas ekster la ĝenodistanco egali la decidproponon de la portanto.
La komputil-kontrolo ankaŭ bezonas povi detekti nedeziratajn variajn moviĝojn kaj fermi en sekura maniero se difekto en la totala sistemo okazas.
#000047
Kvara temo estas detekto kaj preventado de malvalidaj aŭ nesekuraj moviĝoj, kiu estas administrita fare de enkonstruita realtempa komputila Self-Collision Detection System.
#000048
Tamen, la portanto de eksterskeleto povas plie difekti sin aŭ la vestokompleton movante la ginglimojn tra serio de kombinitaj kaj alie validaj movadoj kiuj kune igas la vestokompleton kolizii kun si mem aŭ la portanto.
#000050
Eksterskeleto devus povi komputile spuri membropoziciojn kaj limigi movadon tiel ke la portanto ne supraĵe vundas sin tra neintencitaj asistivemoviĝoj, kiel ekzemple kiam tusado, ternado, kiam mirigite, aŭ se spertante subitan senbridan forkapton aŭ muskolspasmon.
#000051
Eksterskeleto estas tipe konstruita el fortegaj kaj malmolaj materialoj, dum la homa korpo estas multe pli mola ol la alojoj kaj malmolaj plastoj uzita en la eksterskeleto.
Homa haŭto ankaŭ estas kovrita per hararo super la plimulto de la surfacareo.
Eksterskeleto tipe ne povas esti eluzita rekte en kontakto kun nuda haŭto pro la potencialo por haŭto kaj hararpinĉado kie la eksterskeletplatoj kaj servoj glitas trans unu la alian.
Anstataŭe la portanto povas esti enfermita en peza ŝtofproceso por protekti ilin kontraŭ komunaj pinĉdanĝeroj.
#000052
La plej multaj eksterskeletoj bildigitaj en tiu artikolo tipe montras fiksan longodistancon inter juntoj, sed homoj elmontras larĝan gamon de fizikaj grandecdiferencoj kaj skeletostlongoj, tiel ke unu-grandec-konvulsi-ĉia fiks-grandeca eksterskeleto ne funkcius.
Kvankam armea uzo faris ĝenerale uzo nur pli grandaj plenkreskaj grandecoj, civila uzo povas etendi trans ĉiun grandecon varias, inkluzive de fizike handikapitaj beboj kaj malgrandaj infanoj.
#000054
Larĝa gamo de fiks-grandaj eksterskeletoj povas esti konstruita, stokita, kaj eldonis al ĉiu alimaniere granda uzanto.
Tio estas materie multekosta pro la vasta gamo de malsamaj grandecoj de uzantoj, sed povas esti realisma kie nur unu persono iam estas atendita uzi la eksterskeleton, kiel ekzemple kiam tia estas eldonita al fizike invalido por ilia persona moviĝeblo.
Eksterskeletoj en milittempa servo estus kutimo grandaj al la uzanto kaj ne divideblaj, farante malfacila provizi la larĝan gamon de riparpartoj necesaj por la multaj malsamaj eblaj modelgrandecoj.
La uzantoj povas esti postulataj por esti de specifa fizika grandeco por esti eldonitaj eksterskeleto.
Fizika korpgrandeclimigoj jam okazas en la militistaro por laborlokoj kiel ekzemple aviadilpilotoj, pro la problemoj de konvenado de sidlokoj kaj kontroloj al tre grandaj kaj tre malgrandaj homoj.
Alĝustigebla-longaj eksterskeletmembroj kaj kadroj povas esti konstruitaj, permesante grandecflekseblecon trans vico da uzantoj.
Pro la granda gamo da eblaj uzantaj ostlongoj, povas daŭre esti necese havi plurajn alĝustigeblajn eksterskeletmodelojn, ĉiu kovranta certajn grandecintervalojn, kiel ekzemple unu modelo nur por homoj kiuj estas 1.5-2.1 metrojn (5-7 ft) altaj.
#000056
Plia malfacileco estas tiel ne nur estas tie vario en ostlongoj, sed ankaŭ membroĉevalzono pro ostgeometrio, muskolkonstruo, graso, kaj ajna uzantvestaĵtavoligado kiel ekzemple izolajzo por ekstrema malvarmo aŭ varmaj medioj.
Eksterskeleto ĝenerale devas konveni la membrocirkonferencon de la uzanto varmete tiel ke iliaj brakoj kaj gamboj ne estas loza interno kaj malsukcesado ĉirkaŭ superdimensia eksterskeletkavaĵo, aŭ tiel ekscititaj ke la haŭto de la uzanto estas difektita de abrazio de ankaŭ-malgranda eksterskeletkavaĵo.
#000057
Denove, tio povas esti pritraktita en armea medio postulante certajn gradojn de muskoldenseco kaj korpotrejnitecon de la eblaj uzantoj, tiel ke eksterskeletoj dizajnis ĉar speciala membroĉevalzono konvenos la plimulton de soldatoj.
Multaj homoj estus ekskluditaj pro malkongrue maldikaj aŭ dikaj korpoj, eĉ se ili estas ene de la ĝusta altecintervalo.
Rigida ŝeleksterskeleto eble povas uzi alĝustigeblan pendjungilaron ene de la ŝelo.
La rigida ekstera ŝelo daŭre trudas maksimuman ĉevalzonon, sed eble povas alĝustigi multajn pli malgrandajn ĉevalzonojn interne.
Plene enfermi flekseblan kirasan eksterskeleton uzantan malgrandan interkovriĝon sekcis turniĝante iom post iom en povis dinamike disetendiĝi kaj kuntiri la interkovrodistancon de ĝiaj multaj eksteraj teleroj, kaj adaptiĝi al la membrolongo kaj ĉevalzono de la portanto, kaj kiel la platoj moviĝas en kunordigo kun la korpo de la portanto en generaluzo.
#000058
Liston de filmoj havantaj eksterskeletojn
Migranta kamiono, ankaŭ konata kiel la "cibernetika anthropomorphoza maŝino"
#000059
Eksterskeleto estas aranĝaĵo, destinita por pligrandigi muskolan forton de homo je la konto de ekstera skeleto.
#000066
Eksterskeleto ripetas biomekanikon de homo por proporcie pligrandigi fortojn dum movoj.
#000067
Eksterskeleto povas esti integrita en kosmoveston.
#000068