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外骨骼機器人|自由行走的未來(lái)

來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)   作者:admin    發(fā)表時(shí)間:2021-08-09    瀏覽量:2997

每年,全世界大約有250,000至500,000人遭受脊髓損傷。脊髓損傷 (SCI) 通常會(huì )導致下肢癱瘓(截癱)或全身癱瘓(四肢癱瘓),而脊髓損傷患者通常只能使用輪椅來(lái)輔助行動(dòng)。
 
Project MARCH是荷蘭代爾夫特理工大學(xué) (Delft University of Technology)的一個(gè)非營(yíng)利性多學(xué)科學(xué)生團隊,他們的目標是開(kāi)發(fā)和制造能夠幫助SCI患者站立和行走的先進(jìn)原型外骨骼機器人。
 

該團隊還參加了四年一屆的殘障人士人機體育競賽 — Cybathlon(也稱(chēng)仿生學(xué)奧運會(huì )),以及一年一度規模較小的衍生賽事 —Cybathlon Experience(也稱(chēng)仿生學(xué)奧運會(huì )體驗賽)。


外骨骼機器人的試用者必須通過(guò)嵌入在拐杖中的人機界面 (HMI) 預先選定每項任務(wù)所需的運動(dòng)類(lèi)型。這些運動(dòng)方式由該團隊的運動(dòng)工程師離線(xiàn)創(chuàng )建,并針對每個(gè)障礙物定制。必須精確控制關(guān)節角度,以確保試用者的穩定性和安全,這需要高品質(zhì)旋轉編碼器的位置反饋。
 
另外一個(gè)挑戰是,需要在電機附近進(jìn)行測量,而這會(huì )產(chǎn)生電氣噪聲。外骨骼機器人中使用的電機會(huì )在電子元件附近產(chǎn)生強大的磁場(chǎng),如果周?chē)须娋€(xiàn),則可能會(huì )產(chǎn)生信號噪聲。將數據從編碼器可靠地傳輸到CPU,而不丟失任何信息,這是一個(gè)挑戰。


2020年8月,該團隊推出了最新型“MARCH IVc”外骨骼機器人,該機器人在髖部和膝部使用旋轉關(guān)節,同時(shí)還在髖部和踝部使用四個(gè)直線(xiàn)關(guān)節(直線(xiàn)旋轉復合關(guān)節)。這種動(dòng)力關(guān)節組合模仿人類(lèi)的肌肉骨骼系統,并提供更大的自由度,可以實(shí)現更高級的步態(tài)。
 
嵌入式系統工程師Björn Minderman先生重點(diǎn)介紹了位置編碼器在該系統中的重要作用:“我們的外骨骼機器人有八個(gè)關(guān)節,其中兩個(gè)腳踝各一個(gè)關(guān)節,兩個(gè)膝蓋各一個(gè),每側髖部各兩個(gè)。每個(gè)關(guān)節使用兩個(gè)編碼器。關(guān)節的電機旋轉,并通過(guò)減速裝置將電機的旋轉轉換為關(guān)節角度的變化。我們使用絕對式編碼器直接測量關(guān)節角度,因此一啟動(dòng)就會(huì )知道關(guān)節位置,無(wú)需執行校準步驟。我們必須確保每個(gè)關(guān)節都處于正確的位置,并遵循我們的運動(dòng)工程師設計的軌跡?!?/span>


Minderman先生繼續說(shuō)道:“我們還在電機上安裝了另一個(gè)編碼器,由于電機的旋轉速度比關(guān)節快,因此這個(gè)編碼器可為我們提供更高的分辨率,從而有利于實(shí)現更佳的控制效果。電機編碼器主要用于控制回路,而關(guān)節編碼器則作為額外的安全措施。編碼器分辨率對于確??刂菩Ч浅V匾?,之前,在根據位置計算速度時(shí),我們遇到了一些問(wèn)題。由于需要細分編碼器信號,因此位置測量誤差會(huì )被放大,這就是我們需要較高分辨率的原因?!?/span>
 
MARCH IVc外骨骼機器人集成了用于高分辨率(17位)旋轉關(guān)節反饋的新型RLS AksIM‑2絕對式編碼器,以及用于直線(xiàn)關(guān)節反饋的微型RLS RM08絕對式旋轉編碼器。
 
雷尼紹和RLS希望能夠支持未來(lái)的Project MARCH團隊在Cybathlon大賽中取得勝利。
 
隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展,外骨骼機器人以及其他可穿戴機器人假肢有望徹底改變數百萬(wàn)殘障人士的生活。


(來(lái)源:雷尼紹Renishaw)