REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Robotika, ki jo je mogoče nositi, je obetavna za izboljšanje človeških zmogljivosti in reševanje
motoričnih izzivov pri posameznikih z okvarami, amputacijami ali pri zdravih osebah.
Eksoskeleti so med različnimi nosljivimi napravami zasnovani za nošenje na zgornjih ali
spodnjih okončinah. Medtem ko so se nekatere aplikacije, na primer na medicinskem področju,
že široko uveljavile, se druge še vedno soočajo z edinstvenimi izzivi. Ti izzivi se
osredotočajo predvsem na aktuatroje, vodenje in ergonomijo. Ta disertacija se osredotoča
predvsem na raziskave na področju aktuatorjev z naprednimi lastonstmi skupaj z
ustreznimi algoritmi za vodenje in njihovo uporabo v eksoskeletih za spodnje okončine.
Disertacija vsebuje štiri dele, od katerih vsak predstavlja ločeno fazo raziskovalnega procesa.
V prvem delu je predstavljen, matematično opisan in eksperimentalno ovrednoten kvazipasivni
pnevmatski mehanizem s spremenljivo togostjo. Ta mehanizem je svojevrsten,
saj uporablja vakuum za črpanje zraka iz ozračja, s čimer uravnava tlak v aktuatorju.
Ta pristop omogoča, da pnevmatski mehanizem posnema obnašanje nelinearne vzmeti s
spremenljivo togostjo, ne da bi potreboval zunanji dovod zraka. Poleg tega je mogoče mehanizem
z izbrano kombinacijo ventilov popolnoma izklopiti, da se omogoči prosto gibanje,
obenem pa je možno tudi postopno prilagajanje togosti.
V drugem delu so na podlagi temeljnih načel kvazipasivnega mehanizma razširjene
funkcionalnosti shranjevanja zraka na celotni pnevmatski eksoskeletni sklepni mehanizem
(PEJM). Ta zasnova uvaja dodatne komponente, vključno s pnevmatsko umetno mišico
(PAM), ki deluje kot mehki rezervoar za zbrani zrak in dodatno vpliva na togost sklepa. Na
tej stopnji razvoja ostaja eksoskeletni sklep kvazipasiven in še vedno temelji na vakuumu
za zajem zraka. Razvit sklepmi mehanizem je ovrednoten z uporabo eksperimentalnega
sistema, ki ne vključuje človeških subjektov.
V tretjem delu je predstavljen mehatronski koncept celovitega pnevmatskega bilateralnega
kolenskega eksoskeleta. Novost je v njegovi multimodalni funkcionalnosti, ki eksoskeletu
omogoča delovanje v aktivnem in kvazi pasivnem načinu z uporabo istega aktuatorja.
Ta multifunkcionalnost izboljšuje energetsko učinkovitost, saj omogoča rekuperacijo zraka
v kvazipasivnem načinu in ponovno uporabo shranjenega zraka v aktivnem načinu, ki
prav tako uporablja vgrajeno zračno črpalko. Izvedena je pilotna študija, ki vključuje
enega zdrav subjekt,z namenom ponazoritve hkratnega pridobivanja energije in podpore
človeku.
V četrtem delu je predstavljen hibridni togo-mehki in pnevmatsko-elektromehanski
eksoskelet za večsklepno pomoč spodnjim okončinam. Ta koncept uporablja tetive za
kolčni sklep in pnevmatski eksoskelet za kolenski sklep. Kolčni sklep s tremi aktivnimi
prostostnimi stopnjami izkorišča pogon na tetive, kar poenostavlja mehaniko. Nasprotno
pa kolenski sklep z eno aktivno prostostnjo stopnjo prevzame del obremenitve med stojo
ali hojo. Razviti eksoskelet smo evalvirali v raziskavi, ki je vključevala seden subjektov,
pri čemer smo merili njihovo metabolično porabo, mišično aktivnost in kinematiko.