Плечевой сустав робота

Как работает робот? Устройство робота простыми словами

Плечевой сустав робота

В 1920 году чешский писатель Карел Чапек придумал название для механизма, изобретенного для выполнения работы вместо человека – “робот”. Определение со временем прижилось и с конца XX столетия стало обозначать систему узлов, датчиков и механизмов, предназначенную для выполнения набора операций в соответствии с заложенной программой.

Прогресс науки и техники позволил инженерам-конструкторам создавать все более совершенные машины, способные заменить человека в экстремальных условиях: в космосе, под водой, на поле боя. Робот не знает усталости, способен выполнять без ошибок точнейшие движения – именно поэтому роботизированные механизмы постепенно вытесняют человеческий труд на производстве.

(Типы роботов)

Существуют десятки основных типов роботов, которые отличаются по нескольким параметрам – от назначения до внешнего вида. Для того, чтобы понять, как работает робот, рассмотрим его вид, наиболее приближенный к облику человека – робот-андроид.

Материалы для изготовления

Материалы, которые используют для получения узлов, механизмов и каркаса робота, зависят от нескольких факторов:

  • Назначения машины;
  • Условий ее работы;
  • Заданных характеристик (веса, габаритов).

Наиболее часто используют полимеры всех типов, сталь с добавками, повышающими гибкость и прочность, алюминий, резину, карбоновые материалы, сплавы с содержанием титана.

Конструкция андроида

Человекоподобный робот состоит из нескольких основных частей:

(Наглядная конструкция робота)

Вопреки распространенному мнению, что в голове андроида, как у живого человека, находится “мозг”, т.е. компьютер или центральный процессор, чаще всего в верхней части механизма располагаются другие элементы системы: видеокамеры, датчики, гироскоп. Это обусловлено сравнительно небольшими размерами “головы”, внутреннее пространство которой не способно вместить большой объем электроники.

Торс – наиболее защищенная часть робота. Во внутреннем пространстве каркаса размещают электронику, управляющую системой, автономный источник питания (аккумулятор).

(Классическая рука-манипулятор)

Захват/перемещение груза, выполнение других операций, включая действия с инструментом – задачи для верхних конечностей – манипуляторов. Кистевые окончания могут иметь форму и функцию кистей человека.

Роботы-андроиды передвигаются шагами на двух “ногах”. Шасси копирует антропологические особенности строения человеческого тела: ноги состоят из нескольких составных частей, соединенных суставами-шарнирами. Отдельные модели роботов способны бегать, т.е. перемещаться таким образом, что обе ноги в момент движения не касаются поверхности.

Голова

Для распознавания окружающей обстановки – предметов, особенностей ландшафта – роботизированные комплексы оснащают видеокамерами (рисунок 1) с высоким разрешением. Их обычно размещают в голове андроида. Благодаря камере (или нескольким камерам) машина может идентифицировать (распознать) окружающие объекты, оценить их размер и расстояние до предметов.

В зависимости от ландшафта или особенностей архитектуры здания робот способен принять решение о способе передвижения и смещении центра тяжести, например, при подъеме/спуске по ступеням или наклонным поверхностям, преодолении рва или препятствия.

(Рисунок 1. Глаз-видеокамера слежения робота)

камеры оснащают несколькими модулями для получения дополнительной информации:

  • В инфракрасном диапазоне;
  • В режиме тепловизора.

Кроме камер, конструкция роботов предусматривает использование системы датчиков, которые определяют пространственное положение андроида на местности или в помещении, силу сжатия манипуляторов, скорость перемещения и т.п.

Наиболее важный датчик для андроида  – гироскоп, именно он сохраняет устойчивое вертикальное положение машины во время движения. Именно таким устройством оснащен робот-андроид Atlas, детище американской компании Boston Dynamics.

От датчиков и камер информация поступает в “мозг” машины – компьютер или систему компьютеров.

Торс

В самой защищенной и просторной части робота устанавливают электронные платы системы управления и автономные источники питания.

Во время выполнения миссии роботом управляет компьютер – набор микросхем, предназначенный для получения, накопления информации, ее обработки и отправления сигналов к исполняющим механизмам, работающих при помощи двигателей (рисунок 2). Прогресс компьютерной техники позволяет устанавливать в андроиды все более совершенные системы анализа, способные использовать несколько наиболее продвинутых технологий:

  • Распознавание объектов;
  • Распознавание речи;
  • Распознавание движений, жестов;
  • Самообучение на основании получаемой информации;
  • Запоминание внешнего вида объектов, лиц людей.

Поставить задачу перед андроидом можно программным способом, т.е. путем внесения перечня команд в ЦПУ, либо вербально, произнеся набор слов для начала выполнения задачи. Отдельные модели андроидов способны реагировать на жесты рук, изменение местоположения человека.

Система управления роботом очень напоминает построение нервной системы человека в зависимости от его развития:

  • Прямое выполнение конкретных команд оператора;
  • Необходимость постоянной корректировки действий андроида при выполнении общей задачи;
  • Ввод конечной цели (указание направления действий).

В первом случае в памяти машины записаны команды, которые ЦПУ (центральный процессор) подает к исполнительным механизмам для выполнения определенных операций. Например, перемещение робота, изменение положения манипулятора и т.п. по команде оператора. Одна из самых дешевых и простых в изготовлении моделей.

При передвижении андроида из точки А к точке Б вмешательство оператора необходимо в случаях, когда набор алгоритмов (заранее записанных в память действий) не предусматривает преодоление сложных препятствий (к примеру).

Более продвинутый интеллект, получив информацию от системы датчиков, видеокамер, самостоятельно оценивает обстановку и выбирает наиболее оптимальное решение самостоятельно.

(Рисунок 2. Двигатель постоянного тока)

Основным источником энергии для современных роботов-андроидов является электричество. Источник питания может быть:

  • Автономным –  аккумуляторы, солнечные батареи;
  • Внешним – электроэнергия подается по кабелю.

В первом случае машина не привязана к энергоресурсу, способна выполнять задачи на любом удалении от зарядной станции. Из недостатков – увеличенный вес робота, малое время работы. Кабельное снабжение электроэнергией имеет свои плюсы: меньший вес андроида, возможность использования большего числа узлов, датчиков, механизмов, неограниченное время работы.

Руки-манипуляторы

Манипуляторы копируют структуру рук человека (рисунок 3) и состоят из нескольких частей, соединенных шарнирами:

  • Кистевого;
  • Предплечья;
  • Плечевого.

(Рисунок 3. Рука-манипулятор)

Манипуляторы имею несколько степеней свободы, т.е. робот может поднять руки, развести их в стороны, вращать кисти, производить захват предметов “пальцами”. Манипуляторы приводятся в действие силовыми механизмами – сервоприводами.

Часто для аккуратной и точной работы пальцы оснащают специальными датчиками, которые регулирую силу сжатия.

Вместо грузозахватных приспособлений в кистевые отделы манипуляторов устанавливают другие приборы и механизмы: сварочные аппараты и т.д.

Ноги-шагоход

По аналогии со строением тела человека роботы-андроиды передвигаются шагами. Конструкция ног предусматривает возможность передвигаться бегом, преодолевать различные препятствия (лестницы, ямы, наклонные поверхности). Ноги, как и руки-манипуляторы, приводятся в действие двигателями (рисунок 4).

(Рисунок 4. Шаговой двигатель)

Для всех типов роботов используют несколько типов исполнительных механизмов:

  • Механические;
  • Электрические;
  • Гидравлические;
  • Пневматические;
  • Гибриды (электромеханические, гидромеханические и т.д.).

Из-за особенностей конструкции роботов-андроидов (небольшие габариты, система шасси – шагоход) для механизации узлов наиболее часто используют сервоприводы или сервомоторы (рисунок 5), основу которых составляет электрический двигатель.

(Рисунок 5. Сервомотор)

В отличие от обычного электромотора, комплектный сервопривод способен:

  • С высокой точностью определять и изменять угол положения вала;
  • Потреблять ровно столько электроэнергии, сколько необходимо для выполнения определенного действия;
  • Снижать нагрузку на детали робота, увеличивая их ресурс.

Работа-действие робота

Пример работы всех систем робота-андроида в связке

  • Тип робота: андроид
  • Способ управления: автономный
  • Задача: преодолеть лестничный пролет
  1. После включения питания загружается ЦПУ, которая проводит проверку всех систем.
  2. После получения подтверждения об исправности машины компьютер стабилизирует вертикальное положение андроида при помощи гироскопа, оценивает препятствие камерами.
  3. Установив дальность до первой ступени и ее высоту, расстояние до других близко расположенных объектов, робот начинает движение.
  4. Сервоприводы приводят в действие нижние конечности, которые поднимают опорные площадки (стопы) на нужную высоту.
  5. Равновесие машины поддерживает гироскоп.
  6. После преодоления последней ступени робот останавливается либо продолжает движение вперед в зависимости от программы или полученной команды.

Источник: https://xn--80abmurblt.xn--p1ai/eto-robot

Плечевой сустав робота

Плечевой сустав робота

Ежедневные нагрузки на протяжении длительного периода могут спровоцировать боль в ноге от бедра до колена, причины которой бывают самыми различными.

Причины возникновения

Многие годы пытаетесь вылечить СУСТАВЫ?

Глава Института лечения суставов: «Вы будете поражены, насколько просто можно вылечить суставы принимая каждый день…

Читать далее »

Возникновение боли в ноге от бедра до колена не всегда говорит о том, что проблемы и источник болезненных ощущений лежит в той же области. Нога может ныть или же боль в бедре носит тянущий характер или острый, но импульсы ощущений могут исходить из различных точек в силу сложности строения нижних конечностей, поэтому важно понять возможный источник боли. Это может быть:

  • кожа;
  • подкожная жировая клетчатка;
  • сухожилия и связки;
  • комплекс мышц;
  • кости или суставы бедра, таза или колена;
  • артерии или вены, иные крупные сосуды;
  • нервы и нервные окончания, включая крестцовый отдел позвоночника.

Обо всех причинах болей в ноге, в том числе от бедра до колена расскажет врач-невролог М. М. Шперлинг (г.Новосибирск):

Очевидно, что источников боли может существовать множество, отчего причина происхождения болей в колене или бедре может быть выявлена только специалистом. Необходимо обратиться к врачу.

Субстраты возникновения:

НАШИ ЧИТАТЕЛИ РЕКОМЕНДУЮТ!

Для лечения суставов наши читатели успешно используют СустаЛайф. Видя, такую популярность этого средства мы решили предложить его и вашему вниманию.
Подробнее здесь…

  • травматические повреждения мягких тканей бедра, которыми могут быть ссадины, ушибы, растяжения связок, мышц или сухожилий, их надрыв, разрыв;
  • травмы костей различного характера — переломы или ушибы;
  • развитие воспалительных процессов, которые вызваны инфекциями (абсцессами, лимфаденитами и т. п);
  • поражения костей бедра воспалительного характера — остеопороз, туберкулез, остеомиелит, асептический некроз головки бедренной кости;
  • опухолевые новообразования — саркомы, метастазы, лейкоз;
  • внутрисуставные переломы и различные заболевания суставов таза и колена, в том числе всевозможные артрозы и артриты, причем поражен может быть один сустав – правый или левый, а могут быть оба;
  • патологии крупных венозных сосудов и вен в бедре — варикоз, тромбофлебит или флеботромбоз;
  • артериальные патологии — атеросклероз, уменьшение диаметра аорты и крупных артерий ног, синдром Лериша, эмболии, тромбозы;
  • нарушения в работе нервной системы — межпозвонковые поясничные грыжи, травмы позвоночника и его опухоли, остеохондроз позвоночника с поражением шейного, грудного, поясничного отделов, невриты;
  • иные причины — переутомление, слабость мышц, застарелые травмы и ушибы колена или спины, последствия оперативного вмешательства, метеочувствительность, период беременности.

Для грамотной диагностики причин, отчего именно болит нога, необходимо также обратить внимание не только на боль в бедре, но и на различные сопутствующие признаки, которые помогут сузить круг возможных источников болевых ощущений.

Но тот или иной набор проявлений вполне способен относиться как к одному заболеванию, так и к нескольким разным, поэтому стоит отказаться от самолечения и незамедлительно обратиться к врачу.

Если болит нога от бедра до колена, то этому явлению могут сопутствовать определенные симптомы:

  1. Высокий показатель температуры тела, что зачастую сопутствует различным проблемам и не является специфичным симптомом. Температура не характерна для патологий, касающихся нервной системы.
  2. Состояние усталости в течение длительного периода времени.
  3. Внешний отек, который зачастую локализован сзади или спереди бедра, на колене или в области таза, способен появляться также слева и справа. Отек сообщает о воспалении колена или тазобедренного сустава, о скрытом повреждении в результате травмы или о нарушении нормального функционирования сосудов.
  4. Образование небольшого уплотнения или опухоли, что может свидетельствовать о весьма неприятных процессах злокачественного характера. Если опухоль появилась сзади, то причина, вероятно, кроется в развитии кисты Бейкера.
  5. Снижение чувствительности кожи, онемение, появление ощущения «мурашек», особенно часто подвержен внешний край бедра. Наиболее часто ареал онемения располагается спереди и сигнализирует о поражении нервов.
  6. Если кожа покраснела в тех местах, где чувствуется боль, то это говорит о том, что есть проблемы с сосудами и крупными венами, или о том, что развивается воспаление мягких тканей бедра.

Иногда боль не следует считать признаком развития какой-либо патологии.

 В ряде случаев организм реагирует болезненными ощущениями после физического перенапряжения в результате активного движения в течение дня или на следующий день после занятий спортом.

Поэтому если болит нога, стоит прислушаться к ощущениям – они могут пройти самостоятельно в течение следующего дня. В этом случае поводов для беспокойства, скорее всего, нет.

Также многие люди, которые страдают от избыточного веса, а также те, кто ведет малоподвижный образ жизни, часто испытывают дискомфортные ощущения и боли в ногах, а также проблемы в функционировании суставов колена и таза.

Характер боли

Боль в бедре или в колене может носить различный характер, но данный аспект имеет большое значение при диагностике. Боль острого плана в большинстве случаев говорит о весьма серьезных проблемах в работе организма в целом. Например:

  1. О наличии нагноительного процесса в районе бедра, таза, колена или прилежащих участков между ними. В качестве сопутствующих симптомов можно зафиксировать отек, высокий уровень температуры. Боль может постепенно нарастать.
  2. Также острая боль в бедре характерна при получении травматических повреждений, но далеко не всегда появляется сразу в момент получения травмы, особенно если она не демонстрирует внешний характер повреждения.
  3. Острая боль между тазом и коленом часто становится симптомом развития межпозвонковой грыжи, поскольку разрастание и нестабильное положение последней могут вызывать резкие болевые ощущения в пояснице и отдавать в бедро или в колено.
  4. Также еще одно заболевание, симптомом которого является боль в бедре – это тромбофлебит. При развитии патологии боль, как правило, усиливается при движениях.

Иногда нога может ныть, боль носит тянущий характер. Подобные проявления болевых ощущений встречаются чаще, чем острые приступы. Беспокоят болезненные ощущения на протяжении некоторого периода времени, часто сопровождаются онемением, особенно спереди, могут возникать с некоторой периодичностью.

Елена Малышева в своей программе также поделилась информацией о боли в тазобедренных суставах. Подробнее в этом видео:

Причина появления подобной боли не одна:

  1. Остеохондроз, который провоцирует раздражение нервных корешков в крестцово-поясничном отделе, поэтому боль может отдавать в бедро или даже в колено. В параллель чувствуется боль в области поясничного отдела, нога испытывает онемение и изредка мышечную слабость.
  2. Варикозная патология провоцирует периодические боли. Как правило, нога начинает ныть в районе бедра, по внутренней поверхности от паха до колена.
  3. Хронические патологии суставов дегенеративного плана, например, в результате травмы мениска, остеоартроза ТБС или коленного сустава провоцирует возникновение проблем с суставами и тканями вокруг них. Как результат, происходит растяжение, а также возникают воспаления, скопление жидкости в суставной сумке. Это приводит к передавливанию тканей и сосудов, поэтому отдает болью, тянущий характер которой часто сигнализирует о подобных дегенеративных процессах. Локализация, как правило, сзади, но периодически распространяется ниже и выше. Левый сустав поражается реже, правый – чаще.
  4. Переутомление или перенапряжение мышц или околосуставных тканей также способно провоцировать болезненное состояние. Однако нога при этом быстро проходит.
  5. Причина появления болезненных ощущений в мышцах бедра может крыться в туннельно-фасциальном синдроме. Если мышца, которая натягивает бедренную фасцию (пластину из соединительной ткани снаружи бедра), постоянно напряжена, то это провоцирует передавливание нервов и перебои кровоснабжения.

Если появляется боль в колене или бедре, то это свидетельство некоторых нарушений в функционировании организма, и при отсутствии серьезных заболеваний проблемы можно решить самостоятельно.

Особенно это имеет отношение к тем людям, которые ведут сидячий и малоподвижный образ жизни, а также те, кто имеет лишний вес.

Иногда нагрузка на конечности бывает неравномерной, поэтому страдает отдельное бедро или сустав колена – левый или правый.

Подробнее

Чтобы нивелировать риск развития ряда заболеваний, сопутствующих подобному образу жизни, следует предпринять ряд профилактических мер.

В первую очередь, необходимо позаботиться об изменении режима питания, приняв для себя здоровую и полезную пищу. Жирная, чрезмерно приправленная, жареная еда должна уйти в прошлое вместе с различными полуфабрикатами и фастфудом. Пища должна легко усваиваться и быть сбалансированной, чтобы в организм поступали необходимые полезные вещества, витамины и микроэлементы.

А также найти для себя комфортный вариант физической нагрузки. Необязательно посещать фитнес-зал и заниматься на тренажерах, если душа лежит к танцам или плаванию. Физические нагрузки должны быть регулярными и равномерными. Можно отказаться от лифта, чаще ходить пешком.

Рекомендуется также предпринять героическую попытку отказа от вредных привычек или хотя бы снизить их нагрузку на организм, уменьшив количество потребляемого алкоголя и сигарет.

Уделить необходимое внимание собственному режиму, выделить нужное количество часов на сон (не менее 7-8 в сутки). Позаботиться о том, чтобы не перегружать организм, давать ему достаточно времени на расслабление и восстановление.

Регулярно проходить медицинские осмотры и не запускать уже существующие заболевания, которые при таком подходе не смогут спровоцировать появление новых заболеваний и проблем. Если соблюдать подобные рекомендации, то велика вероятность, что многие заболевания не возникнут, и ничего не нужно будет лечить.

Лечение патологий

Очевидно, что лечение симптома боли в бедре или в колене само по себе неоправданно. Прежде чем приступать к лечению, необходимо пройти полную диагностику и обследование, после чего врач поставит соответствующий диагноз.

В зависимости от того, какое именно заболевание было диагностировано, будет назначен соответствующий курс лечения от определенного заболевания. Очевидно, что процесс лечения межпозвонковой грыжи или патологий сосудов будут существенно отличаться между собой.

Например, при остеохондрозе рекомендуется назначение комплекса ЛФК, плавания, физиотерапии и сопутствующих методик лечения, большая часть которых применяется в неострой фазе течения заболевания. При острой фазе патологии нужен покой. Примерным образом необходимо лечить и межпозвонковую грыжу, в комплексе с ношением специализированного корсета и приемом обезболивающих средств.

Терапия такого заболевания, как тромбофлебит, требует присутствия пациента в стационаре, в некоторых ситуациях понадобится оперативное вмешательство для иссечения обнаруженных тромбов для снижения риска здоровью. Необходим покой конечностям, а также применение восстанавливающей терапии и прием медикаментов. Самолечение при подобных патологиях чревато летальным исходом.

При патологиях суставов, поскольку их существует достаточное количество, лечение будет дифференцированным, в зависимости от точного диагноза.

При туннельном синдроме происходит в первую очередь симптоматическая терапия, направленная на то, чтобы уменьшить боль и увеличить двигательную активность.

До завершения лечения рекомендовано избегать нагрузок и обеспечить покой поврежденной конечности.

Болевые ощущения, если рекомендует врач, вполне возможно купировать с помощью медикаментозной терапии обезболивающими мазями, таблетками, спреями  в зависимости от диагноза.

Методы уменьшения болезненных ощущений

В том случае, если возникновение болей в колене и бедре не связано с воспалением или иными патологиями и появляются в результате усталости или чрезмерной физической нагрузки (в чем необходимо предварительно убедиться, посетив врача), то есть ряд методов, которые позволят избавиться и от боли, и от причин ее возникновения. Методы можно применять, если не требуется дополнительно лечить сопутствующие заболевания или если врач разрешит их использование вместе с другими терапевтическими методами.

Можно принять дома теплую, но не горячую ванну, в которую добавить различные лекарственные травы или сборы, помогающие снять напряжение и способствующие расслаблению мышц.

Травы, которые рекомендовано использовать в подобных состояниях —  ромашка, кора дуба, календула, липа, крапива, мята и другие. Сбор нужно залить кипятком в отдельной посуде, дать ему некоторое время настояться (примерно 15-20 минут).

Затем применить по назначению. В качестве альтернативы непосредственно растениям можно использовать эфирные масла.

Также рекомендовано использование компрессов.

Лечение суставов Подробнее >>

Важно: нагревать пораженные участки тела ни в коем случае не рекомендуется. Компресс лучше проводить кубиками льда, завернутыми в чистую ткань или марлю, при этом совершая легкие движения, не фиксируя компресс на одном месте во избежание переохлаждения.

Следует также проводить легкий массаж с использованием кремов или эфирных масел. Движения необходимо делать осторожно и легко, чтобы избежать повреждений. Если кожа выдала аллергическую реакцию или появилось раздражение, то следует незамедлительно прекратить массаж.

А если нет времени или возможности провести подобные действия, то рекомендовано сделать следующее: лечь на горизонтальную поверхность и перевести ноги на верхний уровень таким образом, чтобы они оказались выше уровня сердца.

Самый легкий способ осуществить подобный физический экзерсис – лечь на кровать лицом вверх и опереть ноги на стену. Каждая нога в таком положении быстро восстановит нормальный кровоток и нивелирует ощущение тяжести в ногах.

Возможно воспользоваться и народными средствами. Например, приготовить смесь из 1 ч. л. обычного непарфюмированного крема с эфирными маслами мяты, чайного дерева и лаванды, можно добавить выжимку из зверобоя или тыквенных семечек. Полученную смесь аккуратными движениями втереть в проблемную зону до полного впитывания.

Как поставить себе самостоятельно укол в бедро, смотрите в этом видео:

Источник: https://sustavy-noga.ru/narodnye-sredstva/plechevoj-sustav-robota/

Как устроено плечо человека, его функции и особенности

Плечевой сустав робота

Особая анатомия плечевого сустава обеспечивает высокую подвижность руки во всех плоскостях, включая круговые движения на 360 градусов. Но расплатой за это стала уязвимость и нестабильность сочленения. Знание анатомии и особенностей строения поможет понять причину заболеваний, которые поражают плечевое сочленение.

Как устроено плечевое сочленение человека

Но прежде, чем приступить к подробному обзору всех входящих в состав образования элементов, следует дифференцировать два понятия: плечо и плечевой сустав, которые многие путают.

Плечо – это верхняя часть руки от подмышечной впадины до локтя, а сустав плеча — это структура, с помощью которой рука соединяется с туловищем.

Особенности строения

Если рассматривать его как сложный конгломерат, плечевой сустав образован костями, хрящом, суставной капсулой, синовиальными сумками (бурсами), мышцами и связками.

По своему строению он является простым, состоящим из 2-х костей, комплексным сочленением шаровидной формы.

Образующие его компоненты имеют разное строение и функции, но находятся в строгом взаимодействии, призванном защитить сочленение от травм и обеспечить его подвижность.

Компоненты плечевого сустава:

  • лопатка
  • плечевая кость
  • суставная губа
  • суставная капсула
  • синовиальные сумки
  • мышцы, в том числе ротаторная манжета плеча
  • связки

Плечевой сустав образован лопаткой и плечевой костью, заключенными в суставную капсулу.

Округлая головка плечевой кости соприкасается с достаточно плоским суставным ложем лопатки. При этом лопатка остается практически неподвижной и движение рукой происходит за счет смещения головки относительно суставного ложа. Причем диаметр головки в 3 раза больше диаметра ложа.

Такое несоответствие формы и размера обеспечивает широкую амплитуду движений, а стабильность сочленения достигается за счет мышечного корсета и связочного аппарата.

Прочность сочленению также придают находящаяся в лопаточной впадине суставная губа – хрящ, изогнутые края которого выходят за пределы ложа и охватывают головку плечевой кости, и окружающая ее эластичная вращающая манжета плеча.

Связочный аппарат

Плечевой сустав окружен плотной суставной сумкой (капсулой). Фиброзная мембрана капсулы имеет различную толщину и крепится к лопатке и плечевой кости, образуя просторный мешок. Она слабо натянута, что дает возможность свободно двигать и вращать рукой.

Изнутри сумка выстлана синовиальной оболочкой, секретом которой является синовиальная жидкость, питающая суставные хрящи и обеспечивающая отсутствие трения при их скольжении. Снаружи суставная сумка укреплена связками и мышцами.

Связочный аппарат выполняет фиксирующую функцию, предотвращая смещение головки плечевой кости. Связки образованы прочными, плохо растяжимыми тканями и крепятся к костям.

Плохая эластичность является причиной их повреждений и разрыва.

Еще одним фактором развития патологий выступает недостаточный уровень кровоснабжения, являющийся причиной развития дегенеративных процессов связочного аппарата.

Строение связочного аппарата

Связки плечевого сочленения:

  1. клювовидно-плечевая
  2. верхняя
  3. средняя
  4. нижняя

Анатомия человека – это сложнейший, взаимосвязанный и полностью продуманный механизм.

Поскольку плечевой сустав окружен сложным связочным аппаратом, для скольжения последнего в окружающих тканях предусмотрены слизистые синовиальные сумки (бурсы), сообщающиеся с полостью сустава.

Они содержат синовиальную жидкость, обеспечивают плавную работу сочленения и защищают капсулу от растяжения. Их количество, форма и размер индивидуальны для каждого человека.

Мышечный каркас

Мышцы плечевого сустава представлены как крупными структурами, так и мелкими, за счет которых образована ротаторная манжета плеча. Совместно они образуют прочный и эластичный каркас вокруг сочленения.

Мышцы, окружающие плечевое сочленение:

  • Дельтовидная. Она расположена сверху и снаружи сустава, и прикрепляется к трем костям: плечевой, лопатке и ключице. Хотя мышца и не связана напрямую с суставной капсулой, она надежно защищает его структуры с 3-х сторон.
  • Двуглавая (бицепс). Она прикрепляется к лопатке и плечевой кости и прикрывает сустав с фронтальной стороны.
  • Трехглавая (трицепс) и клювовидная. Защищают сустав с внутренней стороны.

Ротаторная манжета плечевого сустава обеспечивает большой диапазон движений и стабилизирует головку плечевой кости, удерживая ее в суставном ложе.

Ее образуют 4 мышцы:

  1. подлопаточная
  2. подостная
  3. надостная
  4. малая круглая

Вращательная манжета плеча расположена между головкой плеча и акромином – отростком лопаточной кости. Если пространство между ними в связи с различными причинами сужается, происходит ущемление манжеты, приводящее к соударению головки и акромиона, и сопровождающееся сильным болевым синдромом.

Этому состоянию врачи дали назвали «импиджмент синдром». При импиджмент синдроме происходит травмирование ротаторной манжеты, приводящее к ее повреждениям и разрывам.

Кровоснабжение

Кровоснабжение структуры осуществляется с помощью разветвленной сети артерий, через которые в ткани сочленения поступают питательные вещества и кислород. Вены отвечают за отведение продуктов обмена.

Помимо основного кровотока, есть два вспомогательных сосудистых круга: лопаточный и акромиально-дельтовидный.

Риск разрыва проходящих рядом с сочленением крупных артерий значительно увеличивает опасность от травм.

Система кровоснабжения плечевого сустава

Элементы кровоснабжения

артерии:

  • надлопаточная
  • передняя
  • задняя
  • грудоакромиальная
  • подлопаточная

вены:

Иннервация

Любые повреждения или патологические процессы в организме человека сопровождаются болевым синдромом. Боли могут сигнализировать о наличие проблем или выполнять охранные функции.

В случае с суставами, болезненность принудительно «дезактивирует» больное сочленение, препятствуя его подвижности, чтобы дать возможность восстановиться травмированным или воспаленным структурам.

Нервы проходящие через плечо

Нервы плеча:

  • подмышечный
  • надлопаточный
  • грудной
  • лучевой
  • подлопаточный
  • подкрыльцовый

Развитие

Когда ребенок рождается, плечевой сустав до конца не сформирован, его кости разобщены. После появления ребенка на свет продолжается формирование и развитие структур плеча, которое занимает около трех лет.

За первый год жизни разрастается хрящевая пластина, формируется суставная впадина, сжимается и уплотняется капсула, укрепляются и разрастаются окружающие ее связки.

В результате сустав укрепляется и фиксируется, снижается риск травмирования.

На протяжении последующих двух лет сегменты сочленения увеличиваются в размере и принимают окончательную форму. Меньше всего метаморфозам подвержена плечевая кость, поскольку еще до родов головка имеет округлую форму и практически полностью сформирована.

Нестабильность плечевого сустава

Кости плечевого сустава образуют подвижное соединение, стабильность которого обеспечивают мышцы и связки.

Такое строение позволяет обеспечить большой объем движений, но одновременно с этим делает сочленение склонным к вывихам, растяжениям и разрывам связок.

Также нередко люди сталкиваются с таким диагнозом, как нестабильность сочленения, который ставят в случае, когда при движениях руки головка плечевой кости выходит за пределы суставного ложа. В этих случаях речь идет не о травме, последствием которой становится вывих, а о функциональной неспособности головки оставаться в нужном положении.

Выделяют несколько видов вывихов в зависимости от смещения головки:

Строение плечевого сустава человека таково, что сзади его прикрывает лопаточная кость, с боку и сверху дельтовидная мышца. Фронтальная и внутренняя части остаются недостаточно защищенными, что обуславливает преобладание переднего вывиха.

Функции плечевого сустава

Высокая подвижность сочленения позволяет осуществлять все доступные в 3-х плоскостях движения. Руки человека могут достать до любой точки тела, переносить тяжести и выполнять требующую высокой точности тонкую работу.

Движения, которые может совершать имея здоровый сустав

Варианты движений:

  • отведение
  • приведение
  • вращение
  • круговое
  • сгибание
  • разгибание

Выполнить все перечисленные движения в полном объеме можно только при одновременной и слаженной работе всех элементов плечевого пояса, особенно ключицы и акромиально-ключичного сочленения. При участии одного плечевого сустава руки можно поднять только до уровня плеч.

Знание анатомии, особенностей строения и функционирования плечевого сустава поможет понять механизм возникновения травм, воспалительных процессов и дегенеративных патологий. Здоровье всех сочленений в человеческом организме напрямую зависит от образа жизни.

Лишний вес и отсутствие физической активности наносят им ущерб и являются факторами риска развития дегенеративных процессов. Бережное и внимательное отношение к своему организму позволит всем его составляющим элементам работать долго и безупречно.

Источник: https://nebolitsustav.ru/plecho/plechevoj-sustav-anatomiya-stroenie-myshcy-i-svyazki-plecha.html

Сустав руки робота

Плечевой сустав робота

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области робототехники и может быть использовано при построении человекообразных (андроидных) роботов.

Уровень техники

Основной проблемой при конструировании руки человекообразного робота является обеспечение низкой стоимости, которая определяется технологичностью и сложностью конструкции.

Фактически, только стоимость робота является причиной отсутствия человекообразных роботов в быту и на потребительском рынке, несмотря на огромное число экспериментально построенных образцов, стоимость которых колеблется от единиц до десятков миллионов рублей за один экземпляр (см., например, http://mindtrans.narod.ru/robots/robots.htm).

Сложность руки в значительной степени обусловлена ограничением на ее объем и форму, а также необходимостью применения понижающего редуктора, поскольку современные электродвигатели имеют наибольший к.п.д. только при высоких скоростях вращения. Все это приводит к высокой сложности конструкции, требующей неочевидных технических решений.

Для приведения сустава руки в движение используют электродвигатели, линейные актуаторы, шаговые двигатели, гидравлические и пневматические цилиндры.

Для понижения скорости вращения вала используют редукторы на зубчатых колесах, винтовые и червячные передачи, волновые и планетарные редукторы, ременные передачи.

Не все редукторы позволяют сохранять положение нагруженной руки при отключенном питании электродвигателей.

Известен сустав руки робота (патент US 20110048158 A1), использующий систему зубчатых колес для понижения скорости вращения вала электродвигателя, вращение через которые подается на вал, соединяющий плечо и предплечье руки робота. Недостатком устройства является сложность и большой занимаемый объем.

Известен также сустав руки (патент US 2010/0162846 A1), в котором для понижения скорости вращения использована винтовая пара, преобразующая вращательное движение вала двигателя в поступательное движение гайки, навинченной на винт, и затем через ременную передачу обратно во вращательное движение оси вращения сустава руки робота (см. Fig.3 в описании патента US 2010/0162846 A1). Недостатком устройства является большой занимаемый объем и наличие ременной передачи, склонной к проскальзыванию и требующей системы натяжения ремня для надежной работы.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является структура руки робот, защищенная патентом US 6580970 B2 “Arm structure of human-type robot”, от 17 июня 2003 г. Локтевой сустав руки (см. Fig.3 и Fig.

4 в описании этого патента) состоит из плеча и предплечья, которые соединены двумя подшипниками, обеспечивающими свободное сгибание руки в локтевом суставе, а также волнового редуктора, входная ось которого соединена со шкивом, который вращается ремнем, соединенным со вторым шкивом, закрепленным на оси двигателя. Аналогичный конструктив использован в плече для вращения руки вокруг ее продольной оси.

Недостатком прототипа является его технологическая сложность, связанная с необходимостью изготовления кожуха руки методом литья алюминия под давлением, высокая сложность примененного (волнового) редуктора (имеющиеся в продаже волновые редукторы примерно в 5 раз дороже планетарных), а также отсутствие возможности сохранения положения согнутой руки при отключенном питании электродвигателя, поскольку возможна обратная передача вращения с выхода волнового редуктора на его вход и далее на вал электродвигателя.

Сущность изобретения

Основная часть сустава руки робота расположена внутри кожуха (фиг.1), состоящего из трех частей: кожуха плеча 1, кожуха предплечья 3 и кожуха локтя 2. Все части кожуха крепятся винтами 4 к дискам 7, 8, 9 и 10 на фиг.2. Сустав содержит узел вращения плеча 20 и узел сгибания в локте 21, которые полностью идентичны и состоят из (см. фиг.3 и фиг.

4) первого диска узла вращения плеча 7 и второго диска узла вращения плеча 8, а также подшипника 13 и планетарного двухступенчатого редуктора, состоящего из коронной шестерни 15, блока сателлитных шестерен с водилом 16, второго водила 14 и солнечной шестерни 18.

Первый 7 и второй 8 диски узла вращения плеча соединяются с помощью шарикоподшипника 13, закрепленного в них тугой посадкой. В полость первого диска узла вращения плеча 7 вставляется коронная шестерня 15, внутрь которой вставляется блок сателлитных шестерен с водилом 16, а второе водило 14 закрепляется на втором диске плеча 8.

Коронная шестерня 15 неподвижно прижимается к основанию первого диска узла вращения плеча 7 с помощью пластины 17. Солнечная шестерня 18 насаживается тугой посадкой на входной вал 19 и вставляется в блок сателлитных шестерен 16. Идентично устроен узел сгибания в локте 21 на фиг.2. К первому диску узла вращения плеча 7 прикреплен шаговый двигатель 12 (см. фиг.

2), а к первому диску узла сгибания в локте 9 – двигатель с червячным редуктором 11. Второй диск узла вращения плеча 8 соединен со вторым диском 10 узла сгибания в локте 21 с помощью уголка 11.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение сложности устройства, увеличение компактности и обеспечение сохранения положения руки при отключении питания двигателей.

Уменьшение сложности и увеличение компактности достигается тем, что в предлагаемом устройстве вместо двух подшипников, закрепленных с двух сторон оси сгибания в локте относительно плеча (как у прототипа), использован только один подшипник 13 (фиг.3 и фиг.4).

Подшипник выбран достаточно большим, чтобы он мог выдержать не только радиальную, по и продольную нагрузку. Кроме того, вместо волнового редуктора использован более простой планетарный двухступенчатый редуктор.

Возможность закрепления кожуха непосредственно на дисках 10 и 9, а также на дисках 7 и 8 упрощает его конфигурацию и поэтому позволяет использовать технологически более простой и дешевый способ формования кожуха методом штамповки алюминия или горячей формовки пластмассового листа, исключение второго подшипника делает предлагаемый конструктив более компактным по сравнению с прототипом, что позволяет использовать освободившееся пространство внутри кожуха руки для размещения двигателей и драйверов большей, чем у прототипа, мощности.

Для обеспечения сохранения положения руки после отключения питания применен двигатель с червячным редуктором 11 (фиг.2).

Перечень фигур чертежей и иных материалов

Фиг.1 – кожух локтевого сустава. Здесь 1 – кожух плеча; 2 – кожух локтя; 3 – кожух предплечья; 4 – винты; 5 – ось вращения плеча; 6 – ось изгибания руки в локте.

Фиг.2 – детали внутри кожуха, показанного на фиг 1. Здесь 7 – первый диск узла вращения плеча; 8 – второй диск узла вращения плеча; 9 – первый диск узла сгибания в локте, 10 – второй диск узла сгибания в локте; 11 – двигатель с редуктором; 12 – шаговый двигатель; 20 – узел вращения плеча; 21 – узел изгибания в локте.

Фиг.3 – состав деталей узла вращения плеча и узла сгибания в локте. Здесь 13 – шарикоподшипник; 14 – второе водило; 15 – коронная шестерня; 16 – блок сателлитных шестерен с водилом; 17 – пластина; 18 – солнечная шестерня; 19 – входной вал.

Фиг.4 – поперечный разрез узла вращения плеча и узла сгибания в локте. Здесь 1 – кожух плеча; 2 – кожух локтя; 13 – шарикоподшипник; 14 – второе водило; 15 – коронная шестерня; 16 – блок сателлитных шестерен с водилом; 17 – пластина; 18 – солнечная шестерня; 19 – входной вал.

Фиг.5 графия руки робота. Здесь 7 – первый диск узла вращения плеча; 8 – второй диск узла вращения плеча; 9 – первый диск узла сгибания в локте; 10 – второй диск узла сгибания в локте; 11 – двигатель с редуктором; 12 – шаговый двигатель.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Осуществляется изобретение в соответствии с описанием в разделе “Сущность изобретения”, порядок сборки основных узлов устройства иллюстрируется фиг.3. Макет руки, собранный для проверки работоспособности устройства, показан на фиг.5. Детали макета устройства изготовлены из дюралюминия, однако возможно применение пластмассовых деталей.

Работает рука следующим образом. При подаче сигналов на обмотки шагового двигателя 12 (фиг.2) его ось начинает вращаться и передает вращательное движение на входной вал 19 (фиг.

3), который вращает шестеренку 18, которая передает движение блоку сателлитных шестерен с водилом 16, которые передают движение второму водилу 14, которое жестко закреплено на диске 8, что обеспечивает передачу и двухступенчатую редукцию вращательного движения от входного вала 19 диску 8.

Поскольку шаговый двигатель 12 жестко закреплен на первом диске плеча 7, то выполняется вращение кожуха локтя относительно кожуха плеча вокруг оси 5 на фиг.1.

Аналогично, при подаче питания на двигатель с червячным редуктором 11 вращение его вала передается на диск 10, который вращается относительно диска 9, что обеспечивает изгиб руки в локтевом суставе, т.е. вращение кожуха предплечья 3 вокруг оси 6 на фиг.1.

Благодаря тому, что использован двигатель с червячным редуктором 11 (фиг.2) при отключении питания двигателя, нагруженная рука остается в том же положении, в котором она была в момент отключения питания, поскольку вращение с выхода червячного редуктора на его вход практически не передается.

Конструкция реализованного нами прототипа руки робота (фиг.5) чрезвычайно проста, и ее себестоимость получается примерно в 10 раз ниже, чем у прототипа или аналогов.

По мнению автора, сущность заявляемого изобретения не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку прямое решение задачи, широко используемое в аналогичных соединениях, состоит в применении оси с двумя подшипниками на ее концах. Применение одного подшипника для реализации подвижного сустава в робототехнике ранее не использовалось и поэтому не может считаться известным из уровня техники.

Предложенная конструкция руки робота очень технологична, и в настоящий момент готовится технологическая оснастка для ее серийного производства.

Сустав руки робота, содержащий кожух плеча, кожух предплечья, кожух локтя и шарикоподшипники, отличающийся тем, что он содержит идентичные узлы вращения плеча и сгибания в локте, которые состоят из первого и второго дисков, шарикоподшипника и планетарного двухступенчатого редуктора, состоящего из коронной шестерни, блока сателлитных шестерен с водилом, второго водила и солнечной шестерни, при этом первый и второй диски соединены с помощью упомянутого шарикоподшипника, закрепленного в них тугой посадкой, в полость первого диска узла вращения плеча вставлена коронная шестерня, внутрь которой вставлен блок сателлитных шестерен с водилом, а второе водило закреплено на втором диске узла вращения плеча, коронная шестерня неподвижно прижата к основанию первого диска плеча с помощью пластины, солнечная шестерня насажена тугой посадкой на входной вал и вставлена между сателлитными шестернями, причем к первому диску узла вращения плеча прикреплен шаговый двигатель, ось которого соединена с входным валом узла вращения плеча, а к первому диску узла сгибания в локте прикреплен двигатель с червячным редуктором, ось которого соединена с входным валом узла сгибания в локте, второй диск узла вращения плеча соединен со вторым диском узла сгибания в локте с помощью уголка, при этом кожух плеча прикреплен к первому диску узла вращения плеча, кожух локтя прикреплен ко второму диску узла вращения плеча и второму диску узла вращения предплечья, а кожух предплечья прикреплен к первому диску узла вращения предплечья.

Источник: https://findpatent.ru/patent/256/2564799.html

Советы Артролога
Добавить комментарий