ARC Angel: инновационная система NASA снижает усталость рук при тренировках в условиях суб-1G

Космический центр Джонсона, Хьюстон, штат Техас

Активная система управления ARC ANGEL может автоматически компенсировать вес различных ручных инструментов, предотвращая усталость рук во время тренировок в условиях суб-1G. (Изображение: NASA)

Проблема тренировок в невесомости

Инноваторы в Космическом центре Джонсона (JSC) разработали наземную роботизированную систему тренировок под названием «ARGOS». Она может активно имитировать невесомость астронавта в космосе, используя навесной путепровод и мостковую приводную систему для частичной или полной компенсации веса с помощью прикрепленных кабелей, эффективно подвешивая их над землей. Хотя туловище и ноги испытуемого компенсируются, их руки и любые тяжелые ручные инструменты — нет.

Технология ARC ANGEL

Технология Actuated Realtime Control for ARGOS Negation of Gravitational Effects on the Limbs (ARC ANGEL) была разработана для компенсации веса рук испытуемого в скафандре и противодействия усталости, возникающей при выполнении тренировочных заданий с использованием ARGOS. Как и ARGOS, ARC ANGEL обеспечивает компенсацию через компьютерно-управляемое активное натяжение кабелей. Кабели натянуты между манжетами на руках чуть выше локтей и моторизированными барабанами, закрепленными на рюкзакообразной системе первичного жизнеобеспечения (PLSS) скафандра.

Эта технология активной компенсации может использоваться для ряда применений помимо моделирования сред от нуля до одного G. Например, пациент, восстанавливающийся после травмы плеча, может получить помощь в движении, компенсирующую вес руки или нагрузку на хват, строитель, несущий тяжелый инструмент, может легче манипулировать им, или она может компенсировать вес оборудования для военных, в конечном счете предотвращая усталость конечностей.

Архитектура системы

ARC ANGEL — это активная роботизированная система, как и ARGOS; однако ее электродвигатель не закреплен над головой на путепроводе и мостовой системе, а устанавливается на рюкзакообразном PLSS испытуемого, где двигатель(и) обеспечивают момент активной компенсации в реальном времени на верхние руки через кабели. Если испытуемый поднимает молоток, система немедленно реагирует, компенсируя вес молотка относительно запрограммированной среды.

Система состоит из электродвигателя(ей), мягких компонентов, электронного оборудования, прошивки и программного обеспечения. Для обеспечения плавной работы аналога компенсации рук и оптимизации производительности системы инженеры JSC разработали программное обеспечение, использующее кинематические алгоритмы и замкнутую архитектуру управления двигателем, а также пользовательские скрипты компьютерного языка для приема данных с датчиков. Это позволяет подсистемам ARC ANGEL бесшовно интегрироваться и точно моделировать среды от одного до нуля G.

Управление в реальном времени

Во время работы компактные датчики натяжения и инерциальные измерительные блоки фиксируют вес и движение рук и обеспечивают замкнутую систему управления, передающую данные на одноплатный компьютер и необходимое ПО для обработки. Также была разработана собственная графическая пользовательская интерфейс для ввода желаемых значений компенсации рук.

Кроме того, ARC ANGEL имеет собственное источник питания, обеспечивающее энергию подкомпонентам без внешних кабелей. Это позволяет функционировать независимо от ARGOS и дополнительно придает пригодность для потенциальных наземных применений. Эта работа напрямую коррелирует с развитием активных экзоскелетов, внедряемых для реабилитационных и/или вспомогательных медицинских устройств. ARC ANGEL по сути обеспечивает желаемую помощь (компенсацию), сохраняя полный диапазон движений испытуемого. Аппаратное и программное обеспечение системы может быть модифицировано для индивидуальной подгонки без скафандра и для вспомогательного движения конечностей — не только компенсации рук.

NASA активно ищет лицензиатов для коммерциализации этой технологии. Свяжитесь с лицензиарным консьержем NASA по адресу: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. или звоните по телефону 202-358-7432 для начала лицензионных переговоров. Для дополнительной информации посетите сайт.