Ekonomicky dostupný aktivní exoskeleton pro dolní končetiny pro paraplegiky

After a broad introduction to the medical and biomechanical background and detailed review of orthotic devices, two newly developed lower limbs exoskeletons for paraplegics are presented in this study. There was found out the main challenges of designing devices for paraplegic walking can be summarized into three groups, stability and comfort, high efficiency or low energy consumption, dimensions and weight. These all attributes have to be moreover considered and maintained during manufacturing of affordable device while setting a reasonable price of the final product. A new economical device for people with paraplegia which tackles all problems of the three groups is introduced in this work. The main idea of this device is based on HALO mechanism. HALO is a compact passive medial hip joint orthosis with contralateral hip and ankle linkage, which keeps the feet always parallel to the ground and assists swinging the leg. The medial hip joint is equipped with one actuator in the new design and the new active exoskeleton is called @halo. Due to this update, we can achieve more stable and smoother walking patterns with decreased energy consumption of the users, yet maintain its compact and lightweight features. It was proven by the results from preliminary experiments with able-bodied subjects during which the same device with and without actuator was evaluated. Waddling and excessive vertical elevation of the centre of gravity were decreased by 40% with significantly smaller standard deviations in case of the powered exoskeleton. There was 52% less energy spent by the user wearing @halo which was calculated from the vertical excursion difference. There was measured 38.5% bigger impulse in crutches while using passive orthosis, which produced bigger loads in upper extremities musculature. The inverse dynamics approach was chosen to calculate and investigate the loads applied to the upper extremities. The result of this calculation has proven that all main muscle groups are engaged more aggressively and indicate more energy consumption during passive walking. The new @halo device is the first powered exoskeleton for lower limbs with just one actuated degree of freedom for users with paraplegia.První část práce je věnována obsáhlému úvodu do zdravotnické a biomechanické terminologie a detailnímu souhrnnému představení ortopedických pomůcek. Následně jsou představeny dva nově vyvinuté exoskelety aplikovatelné na dolní končetiny paraplegiků. Bylo zjištěno, že hlavní úskalí konstrukčního návrhu asistenčních zařízení pro paraplegiky lze shrnout do tří hlavních skupin, jako první je stabilita a komfort, druhá je vysoká účinnost a nízká energetická náročnost uživatele a do třetí lze zahrnout rozměry a hmotnost zařízení. Toto všechno je navíc podmíněno přijatelnou výslednou cenou produktu. Nový ekonomicky dostupný exoskelet pro paraplegiky, který řeší problematiku všech tří zmíněných skupin je představen v této práci. Hlavní myšlenka tohoto zařízení je postavena na mechanismu HALO ortézy. HALO je kompaktní pasivní ortéza s mediálním kyčelním kloubem umístěným uprostřed mezi dolními končetinami. Speciální mediální kyčelní kloub je kontralaterálně propojen s kotníkem soustavou ocelových lanek což zajištuje paralelní polohu chodidla se zemí v každém okamžiku chůze a navíc asistuje zhoupnutí končetiny. Tento mediální kyčelní kloub je redesignován a v novém provedení je vybaven jedním aktuátorem, nové řešení aktivního exoskeletu dostalo název @halo. Díky tomuto vylepšení lze dosáhnout stabilnější a plynulejší chůze s výrazně redukovanou energetickou náročností uživatele přičemž dochází k zachování nízké hmotnosti a kompaktnosti zařízení. Toto bylo dokázáno během předběžných experimentů se zdravými subjekty, během kterých byla testována aktivní chůze se zařízením vybaveným odnímatelnou pohonnou jednotkou a pasivní chůze se stejným zařízením bez této aktivní jednotky. Nadměrné naklánění se během chůze ze strany na stranu a nadměrná výchylka pohybu těžiště těla ve vertikálním směru byly sníženy o necelých 40% s velmi významně menšími standardními odchylkami v případě chůze s pohonem. Z rozdílu výchylky pohybu těžiště těla ve vertikální poloze bylo vypočítáno snížení energetické náročnosti uživatele o 52% při chůzi s aktivní konfiguraci @halo. Při pohybu s pasivní ortézou byl naměřen o 38,5% větší reakční silový impuls v berlích, což znamená nárůst zátěže pro svalový aparát horních končetin. Pro podrobné vyšetření zátěže ramenních kloubů byl aplikován model inverzní dynamiky. Výsledek tohoto výpočtu jednoznačně indikuje agresivnější a hlubší zapojení všech svalových skupin ramenního kloubu a tím vyšší spotřebu energie uživatelem během pasivní chůze. Nové asistenční zařízení @halo je prvním exoskeletem svého druhu pro paraplegiky s jediným poháněným stupněm volnosti.354 - Katedra robotikyvyhově

Konstrukce efektoru pro odběr vzorků kapalin

Bakalářská práce se zabývá odběrem kontaminovaných vzorků kapalin. Hlavní myšlenkou práce je kombinace mikrosystémových technologií s běžnými metodami odběru do jednoho koncového efektoru robotu. V první části práce jsou schematicky znázorněny všechny možné struktury systému odběru kapalných vzorků. Dále jsou prezentovány různé druhy vhodných akčních členů a na základě vyhodnoceni jsou vybrány tři nejlepší z nich. Topologie dvou rozdílných metod odběru je postavena na základě vybraných akčních členů. Tato dvě řešení jsou podrobně popsána a testována v laboratoři. Na závěr je vybráno nejvhodnější řešení a je vyhotoven 3D model, komplexního konceptu servisního robotu s touto metodou odběru, v programu Pro/ENGINEER Wildfire 2.0.Thesis is dealing sampling contamination liquid. Main idea is combine microtechnology techniques with ordinary sampling methods into one end effector. In the first part of thesis are schematically shown all possible structures of sampling system. Than different kind of convenient actuators for sampling task are presented and according comparison matrixes are selected three best of them. Topologies of two sampling methods are built up according selected actuators. These two solutions are deeply described and tested in laboratory. In the end of thesis the most convenient solution is chosen and comprehensive concept of service robot with this sampling method is modelled in system Pro/ENGINEER Wildfire 2.0.Prezenční354 - Katedra robototechnikyvýborn

Fluids Sampling Subsystem for MR

Import 04/07/2011Diplomová práce pojednává o návrhu, detailním rozpracování a výrobě systému, který pomůže snížit riziko spojené s prací a přítomností lidí v prostředích s potencionálním výskytem nebezpečných plynů a kapalin. Jedná se o subsystém automatizovaného odběru tekutin uložený na platformě mobilního robotu. Práce má několik částí, první rozdělení je dle funkce, na jádro odběru, tedy aktivní člen tvoření vzorků a nástroj neboli hlavice, tedy pasivní člen odběru. Druhé členění je dle odebíraného média na odběr plynů a kapalin. V jednotlivých částech jsou navrženy varianty, ze kterých je vybrána nejvhodnější a ta je pak podrobně řešena, včetně tvorby 3D modelu v programu SolidWorks. Je dbáno, aby bylo zařízení modulární a jednoduše srozumitelné pro obsluhu. Na základě konečného modelu jsou vyrobeny a nakoupeny jednotlivé komponenty subsystému, které jsou následně složeny ve funkční celky. Došlo k realizaci jádra odběru, výrobu hlavic rozsah práce nestanovoval. Vyrobené moduly jsou podrobeny testování a naměřené hodnoty se srovnávají s vypočtenými.Diploma thesis is focusing on hazardous area, where potential risk of human exposure by dangerous liquids or gasses could occur. The main idea is to prevent and avoid any accident what could happen to people, whose have to be from certain reasons in such potentially dangerous places. The key how to reach this aim is fully automated device situated on mobile robot platform. Collecting of all valuable information, by deep probing this area of interest, leads to first concept of modular subsystem for sampling hazardous liquids and gasses. This concept was split to several parts. First division is active part or sampling core and passive element or sampling head. Second separation is according of fluid type to gas sampling – GS and liquid sampling – LS. The Core is after selection of best variant precisely designed. All necessary components were specified, purchased or manufactured according virtual 3D model and final assembly was completed. Realization of the head (sampling tool) is excluded from consideration due to specified range of this study, where is stated only concept and virtual 3D model of sampling tool will be done. Assembled modules are tested and measured values are compared with calculated ones.354 - Katedra robototechnikyvýborn

Ortholeg 2.0-design of a transparent active orthosis

In this work we propose a conceptual solution for performance limitation observed in many lower limb active orthosis. The concept is called transparent orthosis, and its objective is to improve the user walking experience to a more natural level, through the design of a lightweight and ergonomic mechanical structure, while using an autonomous and interactive software architecture. The details of transparency are shown through the design and development of a real transparent orthosis, called Ortholeg 2.0. Some aspects of the presented concept were tested in a previous developed device, the Ortholeg orthosis.Web of Science15101874186