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在外骨骼机器人中使用伺服驱动器的 5 个技巧
admin 2022-12-29 17:09:49 0

   外骨骼机器人是可穿戴的增强设备,可增强人类佩戴者的身体能力。它们能够将人类智能和控制与机器人的强度和耐用行相结合,可用于步态康复或运动辅助,在工业、医学等领域提供许多应用。然而,开发实用且经济可行的外骨骼机器人已被证明是一项极端的技术挑战。尽管自 1990 年代以来一直在积极研究,但直到现在——在现代技术的帮助下——机器人外骨骼的第一个实际应用才开始出现。在外骨骼机器人的所有组件中,伺服驱动器可能是最重要的:如果电机是动力外骨骼的肌肉,那么伺服驱动器就是大脑。 因此,伺服驱动器是负责应用程序运动的电子元件。伺服驱动器通过反馈回路向伺服驱动器馈送位置、速度或电流的命令信号。然后,它相应地调整电压和施加到伺服电机的电流。机器人系统的精度、功率和效率在这个子电路上高度依赖。

1. 可靠性和准确性

外骨骼机器人是可以想象到的最苛刻的伺服驱动应用之一。动力外骨骼必须响应来自佩戴者/操作员的许多通常微妙的生理线索,伺服驱动器负责解释和调制这些信号以响应来自多个位置传感器的数据。最重要的是,准确可靠的性能至关重要:由于操作员佩戴机器,任何伺服机构故障都可能非常危险。

因此,集成到外骨骼机器人中的伺服驱动器必须非常快速、坚固和精确,同时符合最高的安全标准。

用于外骨骼的伺服驱动器

2. 低功耗

外骨骼机器人的主要功能——无论是在国防还是医疗应用中——都是提高佩戴者的移动能力。大多数应用(少数特定的工业用途除外)必须依赖便携式电源。

外骨骼机器人需要尽可能长时间地移动和运行。这意味着功率效率是重中之重 - 这既适用于伺服驱动器,也适用于电机。使用低待机功耗和高效率的伺服驱动器对于延长外骨骼的自主性并最大限度地提高其性能至关重要。

3. 产生最少的热量

外骨骼机器人是高度动态的系统,理想情况下能够长时间运行。这意味着发热可能是一个问题。

外骨骼的电子设备将不可避免地升温,这意味着设备本身将倾向于增加其温度。作为可穿戴设备,根据设计,任何外骨骼的温度都应尽可能低。这既是为了降低能耗,也是为了用户的舒适和安全。

选择此类应用程序中的任何组件时都应牢记这一点。使用在重操作期间保持冷却的高效伺服驱动器至关重要:生产线机器人上的伺服驱动器在长时间使用后变热是一回事,而在生物医学外骨骼的肘关节中发生同样的情况则是另一回事。

4. 外形小巧

在大多数应用中,外骨骼机器人被设计为在人类环境中运行。这意味着它们需要能够通过门口,在仓库中导航并在拥挤的空间中操作。

减少笨重是开发动力外骨骼的一项重大挑战——在紧凑的封装中安装必要的电机、伺服驱动器和传感器绝非易事。然而,运动控制技术(包括紧凑型伺服驱动器)的最新发展意味着这比以前更加可行。在对每个组件的尺寸至关重要的系统中,选择紧凑且易于集成到接头中的伺服驱动器至关重要。

5. 成本和时间

成本是外骨骼机器人实际应用的关键限制因素之一。虽然在医疗保健应用中尤其如此,例如基于外骨骼的康复系统;尽管如此,对于资金更充足的工业和国防应用来说,这也是一个重要因素。

为工作选择合适的伺服驱动器 - 即使这意味着使用定制开发的伺服驱动器 - 是确保长期可靠性并最终降低拥有成本的唯一方法。现成的伺服驱动器可能很便宜,但在像动力外骨骼这样复杂和专业的系统中,这通常是一种虚假的经济。

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