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說到外骨骼機器人，大家可能會有些陌生，但是大家都應該聽過漫威Marvel的作品Iron Man《鋼鐵俠》，或者看過一些科幻電影，未來的人類通過穿戴外骨骼機甲來獲得巨大能量和戰(zhàn)斗力，從而上天入地，戰(zhàn)無不勝，外骨骼機器人賦予了大眾無限遐想和向往...
通俗來講，外骨骼機器人是一種人類可穿戴的增強設備，可以增強人類穿戴者的身體能力。通過智能控制將人類的智慧創(chuàng)造與機器的高強度耐久性相結(jié)合，創(chuàng)造出適用于多種領域的外骨骼機器人，例如用于醫(yī)學康復、運動輔助或者工業(yè)搬運當中。
開發(fā)實用且性價比高的外骨骼機器人是一項令人興奮的技術挑戰(zhàn)。自20世紀90年代以來諸多機器人先驅(qū)者一直在積極研究這項技術，現(xiàn)在來跟隨Celera Motion賽洛拉一起，來了解我們的精密運動控制產(chǎn)品是如何助力于外骨骼機器人應用。
Celera?Motion - 產(chǎn)品應用
在外骨骼機器人的所有組件中，我們認為伺服驅(qū)動器是最重要的，如果我們比作電機是外骨骼機器人的肌肉組織，那么伺服驅(qū)動器就是機器人的大腦。因此，伺服驅(qū)動負責整套機器人的運動控制。伺服驅(qū)動通過諸多反饋傳感器，接收到位置、速度或電流的指令信號。相應地調(diào)整施加到電機的電壓和電流，確保外骨骼機器人整套系統(tǒng)的精密運動，以及高效可靠的工作。
腳踝外骨骼 - 內(nèi)嵌Omni Plus電機 / Everest S伺服驅(qū)動器
Celera Motion給一家專注于外骨骼機器人的公司提供了精密運動控制解決方案，這家公司研發(fā)的外骨骼機器人，定位于幫助殘障人士，讓外骨骼穿戴者達到身體平衡，并且可以像正常人一樣，自由行走。
這款機器人是一種具有12個自由度的自平衡外骨骼，總共裝載了12個電機，依靠動態(tài)算法來確定用戶的步態(tài)。它能夠?qū)崿F(xiàn)自平衡，幫助病人站立，還可以依靠動態(tài)行走算法模擬人的行走動作，并根據(jù)穿戴者的體型姿態(tài)，調(diào)整步伐和進行定制化的練習，外骨骼機器人對患者的康復訓練可以起到良好的輔助作用。
這12個電機分布在機器人的三個關節(jié)處，6個位于臀部髖關節(jié)，2個位于膝蓋膝關節(jié)處，4個位于腳踝關節(jié)處。在外骨骼機器人的這12個運動關節(jié)中，其中有8個軸均配備了我們的Omni Plus系列無框電機，電機外徑為100mm，內(nèi)徑為60mm。
Omni Plus系列無框電機
在談到為何選擇這款無框電機，用戶的工程師表示首先是Omni Plus系列電機的出色的功率密度和超低的齒槽力吸引了他，高功率密度是我們Omni Plus系列電機最突出的特點。另外電機具有出色的內(nèi)徑外徑結(jié)構比例，電機大中空孔徑的設計，使得用戶可以更靈活的在緊湊的空間中安裝我們的電機，以及完成復雜的布線。
Omni Plus系列無框電機
并且電機的熱損耗小，相比其他品牌的電機，在同等的功率輸出下，我們的Omni Plus電機產(chǎn)生的熱量更少，這一點是十分重要的，因為外骨骼機器人的高安全性和穩(wěn)定性的要求，人們希望外骨骼機器人能在電池供電的情況下盡可能的長時間運行，這意味著發(fā)熱可能是一個問題，機器人內(nèi)部的電子元器件會不可避免地發(fā)熱，使得機器人本體溫度會升高。根據(jù)可穿戴設備的設計要求，任何外骨骼機器人的溫度都應盡可能低。這既是為了減少能量損耗，也是為了用戶的舒適感和安全性。事實證明，我們的電機是介于扭矩和散熱之間的最佳方案。
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了解完電機，接下來我們進入到機器人的大腦，也就是伺服驅(qū)動器，在這款外骨骼機器人的所有的12個軸的運動控制，均配備了我們的最新一代伺服驅(qū)動器Everest S！
Everest S - NET / XCR
產(chǎn)品特點 - Everest?S?
持續(xù)電流45A?
峰值電流60A?
供電范圍8VDC-80VDC?
支持EtherCAT和CANopen通訊
支持PWM頻率范圍10 kHz ~ 100 kHz?
支持多種反饋接口編碼器，并支持雙絕對值編碼器反饋(Endat / SSI / BISS-C)
外骨骼機器人，無論是在康復醫(yī)療應用中還是運動輔助應用中，其目的都是為了提高穿戴者的機動性，所以大多數(shù)的外骨骼機器人都配備了移動便攜式電源。
Everest S - NET / XCR
外骨骼機器人需要經(jīng)常移動并盡可能長時間運行。這意味著工作效率是尤其重要的，這一特點在伺服驅(qū)動器上同樣適用。使用具有低待機功耗和高工作效率的伺服驅(qū)動器對于延長外骨骼機器人的工作續(xù)航時間起到至關重要的作用。Everest S高達99%的工作效率的特性，尤其適用于外骨骼機器人這種對工作效率有嚴苛要求的場合。
尺寸圖 -?Everest?S (嵌入式版本)
產(chǎn)品輕量化，靈活化是開發(fā)外骨骼機器人的另一個重大挑戰(zhàn)，在機器人內(nèi)部緊湊的空間內(nèi)安裝電機、伺服驅(qū)動器和傳感器絕非易事。Everest S伺服驅(qū)動器的出現(xiàn)，其大小僅僅只有26mm*35mm*10mm，重量最低僅為18g(嵌入式版本)，意味著用戶可將我們的驅(qū)動器輕松集成到緊湊且有限的安裝空間內(nèi)，同時我們驅(qū)動器支持定制開發(fā)，可讀取多種傳感器數(shù)據(jù)，例如安裝在外骨骼機器人中的IMU(慣性測量單元)，確保伺服驅(qū)動器實時了解當前機器人的姿態(tài)，確保安全可靠性，例如在沒有安全帶的保護下，外骨骼機器人也不應該在任何環(huán)境下跌倒，即使是有人去嘗試推倒外骨骼機器人。
編輯：黃飛
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工商網(wǎng)監(jiān)
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