पुनर्वास रोबोट के लिए BLDC मोटर का चयन

पुनर्वास रोबोट के काम के लिए BLDC मोटर चुनना उन प्राथमिकताओं को उलट देता है जो ज़्यादातर मोटर चुनावों की दिशा तय करती हैं। किसी थेरेपी युक्ति की गति सीमा के कारण नहीं बल्कि विनिर्देश से धीमी होती है, उसे मिलीसेकंड में पहुँचने के बजाय सेकंडों तक थामे रखा जाता है, और आउटपुट से जुड़े रोगी के अंग के साथ उसे एक पूरे उपचार सत्र तक दोहराया जाता है। इसलिए जोड़ पर बैठा एक्चुएटर इस आधार पर आँका जाता है कि वह लंबे समय तक कितना टॉर्क थाम सकता है, बहुत कम गति पर कितना टॉर्क सटीकता से कमांड कर सकता है, और गियरिंग के आर-पार रोगी भार का कितना हिस्सा अब भी महसूस कर सकता है। यह मार्गदर्शिका इन तीन सवालों को रोबोटिक एक्चुएटर श्रेणी में मौजूद नौ एक्चुएटरों पर पढ़ती है - 190 g के AK40-10 V3.0 KV170 से लेकर 940 g के AK10-9 V3.0 KV60 तक - और उन्हें उस ड्यूटी के सामने रखती है जो पुनर्वास रोबोट का जोड़ वास्तव में थोपता है।

संक्षिप्त उत्तर

पुनर्वास रोबोट की ड्यूटी के लिए BLDC मोटर तीन आँकड़ों पर चुनी जाती है, जिन्हें कोई सामान्य-उद्देश्य वाला सर्वो चुनाव सबसे पहले नहीं रखता। पहला है जोड़ पर निरंतर टॉर्क, क्योंकि थेरेपी की गति किसी अंग को गुरुत्व के विरुद्ध एक बार में सेकंडों तक थामे रखती है और वाइंडिंग को क्षणिक स्थिति के बजाय उस होल्ड को झेलना होता है। दूसरा है वह टॉर्क जिसे एक्चुएटर थेरेपी में इस्तेमाल होने वाली गतियों पर सटीकता से कमांड कर सकता है, और वे प्रकाशित नो-लोड आँकड़े से कहीं नीचे बैठती हैं। तीसरा है रिडक्शन अनुपात, क्योंकि अनुपात यह दोनों तय करता है कि किसी दी गई मोटर के लिए जोड़ के पास कितना टॉर्क होगा और आउटपुट के आर-पार रोगी तक भार का कितना हिस्सा पहुँचेगा। यहाँ एकत्र नौ एक्चुएटरों में रेटेड टॉर्क AK40-10 V3.0 KV170 पर 1.3 Nm से लेकर AK80-64 KV80 पर 48 Nm तक चलता है, द्रव्यमान 190 g से 940 g तक, और रिडक्शन अनुपात 6:1 से 64:1 तक फैला है। यही अनुपात-फैलाव, टॉर्क-फैलाव से अधिक, हल्के सहायक जोड़ को भार ढोने वाली चाल-प्रशिक्षण अक्ष से अलग करता है।

पुनर्वास रोबोट के लिए BLDC मोटर को क्या देना होता है

पुनर्वास जोड़ जो ड्यूटी थोपता है वह गति में संकरी और अवधि में लंबी होती है, और वह आउटपुट से जुड़े किसी व्यक्ति के साथ आती है। इससे तीन गुण निकलते हैं, और यही वे गुण हैं जो पुनर्वास रोबोट जोड़ की BLDC मोटर को उसी टॉर्क वर्ग के किसी रोबोट के लिए चुनी गई मोटर से अलग करते हैं।

थेरेपी की गति जान-बूझकर धीमी होती है

थेरेपी की एक गति को परास के डिग्री और अवधि के सेकंड में बताया जाता है, प्रति मिनट चक्कर में नहीं। किसी घुटने या कोहनी को कई सेकंड में उसके परास से गुज़ारना ऐसा जोड़ है जो दसियों डिग्री प्रति सेकंड पर घूम रहा है, और 9:1 चरण के पीछे वह ऐसी मोटर है जो कुछ सौ rpm पर घूम रही है। इस समूह के एक्चुएटरों की प्रकाशित नो-लोड गतियाँ AK80-6 KV100 पर 800 rpm तक पहुँचती हैं, जो थेरेपी की गति द्वारा माँगे जाने वाले किसी भी कार्यबिंदु से कहीं ऊपर है, इसलिए चुनाव गति की ऊपरी सीमा से नहीं टकराता। वह इसके बजाय वक्र के विपरीत सिरे से टकराता है, जहाँ उपयोगी सवाल यह होते हैं कि एक्चुएटर कम गति पर कितनी समान रूप से टॉर्क देता है और फ़ीडबैक छोटे कोण को कितनी बारीकी से हल करता है।

भार मानव अंग है, और वह गति के दौरान बदलता रहता है

किसी स्थिर पेलोड ढोने वाले रोबोट जोड़ के विपरीत, पुनर्वास जोड़ ऐसा अंग ढोता है जिसका प्रभावी भार गति की ज्यामिति और रोगी के योगदान के अनुसार बदलता रहता है। सहायता करने वाला रोगी उस टॉर्क को घटा देता है जो एक्चुएटर को देना होता है; प्रतिरोध करने वाला रोगी, या वह जिसकी मांसपेशी टोन खिंचाव के दौरान बढ़ जाती है, उसे ऐसे क्षण में बढ़ा देता है जिसकी योजना नियंत्रक ने नहीं बनाई थी। इसलिए प्रकाशित रेटेड टॉर्क सबसे बुरे हाल का वर्णन नहीं बल्कि आकार-निर्धारण की गणना के लिए एक निचली सीमा है, और प्रकाशित पीक टॉर्क वह भंडार है जो अप्रत्याशित को सोख लेता है। इस समूह में ये दोनों आँकड़े अलग-अलग फैलाव रखते हैं: AK80-6 KV100 6 Nm रेटेड के मुकाबले 12 Nm पीक दर्ज करता है, जबकि AK10-9 V3.0 KV60 18 Nm रेटेड के मुकाबले 53 Nm पीक और AK80-64 KV80 48 Nm रेटेड के मुकाबले 120 Nm पीक दर्ज करता है।

आवश्यकता ढोने वाले तीन आँकड़े

सबसे छोटे समूह तक सीमित करने पर, तीन प्रकाशित आँकड़े पुनर्वास चुनाव का बड़ा हिस्सा ढोते हैं। रेटेड टॉर्क निरंतर आँकड़ा है, और थामी गई मुद्रा उसी को खर्च करती है। रिडक्शन अनुपात यह दोनों तय करता है कि जोड़ कितना टॉर्क देखता है और वह रोगी को कितना पारदर्शी महसूस होता है। निरंतर करंट इन दोनों का विद्युत बिल है, और यही ड्राइव तथा उस पैक का आकार तय करता है जो युक्ति के साथ चलते हैं। विनिर्देश में बाकी सब कुछ, व्यास से लेकर पोल संख्या तक, इन तीनों को मशीन में फिट करने की एक बाधा है।

पुनर्वास ड्यूटी साइकल में कम गति और ऊँचा होल्डिंग टॉर्क

गति ही वह जगह है जहाँ पुनर्वास रोबोट के लिए BLDC मोटर का चुनाव हर दूसरे रोबोट अनुप्रयोग से सबसे दूर हट जाता है, और यही पहली चीज़ है जिसे पुनर्वास रोबोट की ड्यूटी तय करती है। कार्यबिंदु तेज़ नहीं है, और उस बिंदु पर टॉर्क लंबे समय तक थामा जाता है, जो दो प्रकाशित आँकड़ों को चुनाव का केंद्र बना देता है।

कार्यशील टॉर्क गति परास के निचले सिरे पर बैठता है

नीचे की तालिका का रेटेड गति स्तंभ 24 V बस पर AK80-64 KV80 के 23 rpm से लेकर AK80-6 KV100 के 603 rpm तक चलता है, और गति के परास से धीरे-धीरे गुज़रने वाला थेरेपी जोड़ अपना समय इन सबसे काफ़ी नीचे बिताता है। इस समूह के कम-गति वाले एक्चुएटर उस ड्यूटी के लिए कोई समझौता नहीं हैं; कम गति ही डिज़ाइन है। 24 V बस पर AK45-36 V3.0 KV80 का 36:1 चरण आउटपुट पर 40 rpm घुमाता है, और AK80-64 KV80 का 64:1 चरण 23 rpm, और दोनों बिना किसी अतिरिक्त न्यूनीकरण के उस परास के भीतर बैठते हैं जिसे थेरेपी की गति कवर करती है।

गुरुत्व के विरुद्ध अंग थामना निरंतर टॉर्क है

गुरुत्व के विरुद्ध थामी गई मुद्रा लगातार करंट खींचती है, और करंट ऊष्मा है। पुनर्वास युक्ति में थामना गतियों के बीच का विराम नहीं है; निरंतर निष्क्रिय गति वाली मशीन या स्थिर खिंचाव रिग पर यही सत्र का बड़ा हिस्सा होता है। इसलिए नियंत्रक आँकड़ा रेटेड टॉर्क है, और उसे पढ़ने का तरीक़ा उसके साथ आने वाले प्रकाशित रेटेड करंट के विरुद्ध है। AK80-64 KV80 7 A पर 48 Nm रेटेड दर्ज करता है, जबकि AK10-9 V3.0 KV60 10.7 A पर 18 Nm रेटेड दर्ज करता है। पहला कम करंट पर दुगुने से अधिक टॉर्क थामता है, और इसका कारण मोटरों में नहीं बल्कि उनके बीच के अनुपात में है।

तापीय ड्यूटी दोहराव तय करता है, पीक नहीं

उपचार का सत्र एक ही गति को कई बार दोहराता है, और हर दोहराव की शुरुआत में वाइंडिंग की तापीय स्थिति उससे पहले वाले दोहराव से तय होती है। निरंतर रेटिंग एक तापीय कथन है, और वह ऐसी माउंटिंग शर्त के विरुद्ध बनाया जाता है जिसे एक्चुएटर का अभिलेख पूरी तरह नहीं ढोता। अपने आवरण और अपने ताप पथ वाली युक्ति के भीतर उस रेटिंग का कितना हिस्सा बचता है, यह निर्माता का सवाल है, और जब किसी जोड़ से सत्र के बड़े हिस्से तक ऊँचा टॉर्क थामने की अपेक्षा हो तो यह आवश्यकताओं की सूची में सबसे आगे रखने लायक़ है।

सुरक्षित जोड़ को भार के नीचे बैकड्राइव करने योग्य क्यों रहना चाहिए

पुनर्वास जोड़ अपना आउटपुट किसी व्यक्ति के साथ साझा करता है। हाथ से अंग को मार्गदर्शन देता थेरेपिस्ट, या बिना सहायता वही गति करने की कोशिश करता रोगी, उसी शाफ़्ट पर टॉर्क लगाता है जिसे एक्चुएटर चलाता है, और जोड़ को उस टॉर्क को स्वीकार करना होता है, उससे लड़ना नहीं। यह कितना हो पाता है, वह रिडक्शन चरण तय करता है, अकेली मोटर नहीं।

बैकड्राइव क्षमता अनुपात और चरण से तय होती है

रिडक्शन अनुपात मोटर के टॉर्क को गुणा करके जोड़ के टॉर्क तक और जोड़ की गति को उसी अनुपात में भाग देकर मोटर की गति तक ले जाता है, और वही काम आउटपुट पर किसी व्यक्ति द्वारा लगाए गए टॉर्क के साथ भी करता है। AK80-64 KV80 का 64:1 वाला एकल प्लेनेटरी चरण आउटपुट की ओर से चलाने में AK60-6 V3.0 KV80 या AK80-6 KV100 के 6:1 चरण से कहीं कठिन है, और यह अंतर इलेक्ट्रॉनिक के बजाय यांत्रिक है। जिस जोड़ को हाथ से चलाना हो, या रोगी के धक्के पर जिसे झुकना हो, वही हाल बैकड्राइव करने योग्य BLDC मोटर माँगता है, और टॉर्क गुणन तथा उस स्वतंत्रता के बीच का सौदा अनुपात पर ही तय होता है।

ऊँचा रिडक्शन अनुपात क्या छीन लेता है

वही अनुपात जो टॉर्क को गुणा करता है, दो और गुणों के विरुद्ध काम करता है। यह उस चरण का घर्षण और बैकलैश बढ़ाता है जिसे आउटपुट को कोई भी भार भेजने से पहले पार करना होता है, और यह जोड़ पर रोगी को महसूस होने वाला प्रभावी जड़त्व बदल देता है। इस समूह के प्रकाशित बैकलैश मान AK80-64 KV80 के 0.18° से लेकर AK40-10 V3.0 KV170, AK45-10 V3.0 KV75 और AK70-9 V3.0 KV60 के 0.3° के बीच बैठते हैं, जिनमें AK45-36 V3.0 KV80, AKH70-16 V1.0 KV41 और AK80-6 KV100 मिलकर 0.2° और 0.22° दर्ज करते हैं। बैकलैश जोड़ पर हर दिशा-परिवर्तन की शुरुआत में डेड बैंड की तरह महसूस होता है, और पुनर्वास युक्ति में उस आकार का डेड बैंड गति में दिखाई देता है, केवल उसमें मापा नहीं जाता।

रोगी संपर्क पथ में एक्चुएटर कहाँ बैठता है

सुरक्षा का तर्क एक्चुएटर पर ख़त्म नहीं होता। अंग थामने वाली युक्ति सीमाएँ, टॉर्क कमांड परास, आपात स्टॉप और यांत्रिक एंड स्टॉप भी ढोती है, और ये मॉड्यूल के बजाय मशीन का हिस्सा हैं। एक्चुएटर जो योगदान देता है वह यह है कि उसे सीमित टॉर्क तक कमांड किया जा सकता है और कमांड हटने पर वह लॉक नहीं होता। ये दोनों अपने ड्राइवर वाले इंटीग्रेटेड एक्चुएटर के गुण हैं, और यही कारण है कि जिस जोड़ को किसी व्यक्ति के जुड़े रहते अनुपालक बने रहना हो, उसके लिए सीलबंद मॉड्यूल अक्सर सरल शुरुआती बिंदु होता है।

बल नियंत्रण और उसके पीछे का टॉर्क बैंड

सहायक थेरेपी स्थिति की समस्या होने से पहले टॉर्क की समस्या है। जो जोड़ रोगी को कोई गति पूरी करने में मदद करता है, उसे उस टॉर्क के अनुपात में टॉर्क जोड़ना होता है जो रोगी पहले से दे रहा है, और इसके लिए ऐसा पुनर्वास रोबोट एक्चुएटर चाहिए जिसका ड्राइव टॉर्क में कमांड किया जा सके और छोटे मानों पर भरोसेमंद हो।

टॉर्क नियंत्रण को ऐसा अनुमान चाहिए जिस पर ड्राइव काम कर सके

टॉर्क-मोड कमांड उतना ही अच्छा होता है जितना अच्छा वह आउटपुट-टॉर्क अनुमान जिस पर ड्राइव काम करता है, और वह अनुमान फ़ेज़ करंट तथा एक्चुएटर द्वारा ढोए गए पोज़िशन फ़ीडबैक से बनता है। इस समूह के सीलबंद मॉड्यूल मोटर, रिडक्शन चरण और ड्राइवर को एक ही हाउसिंग में रखते हैं, और अभिलेख वहाँ फ़ीडबैक व्यवस्था बताता है जहाँ वह उसे प्रकाशित करता है: AK10-9 V3.0 KV60 और AK70-9 V3.0 KV60 दोनों दोहरे एन्कोडर के साथ दर्ज हैं, और यही वह व्यवस्था है जो केवल पोज़िशन लूप के बजाय टॉर्क लूप का सहारा करती है।

रिज़ॉल्यूशन जोड़ पर, रोटर पर नहीं

थेरेपी जिस गति की माँग करती है वह आउटपुट पर छोटी और मोटर की ओर बड़ी होती है, और उन दोनों के बीच का गुणक रिडक्शन अनुपात है। आउटपुट पर डिग्री के एक अंश तक हल करने को कहा गया जोड़ मोटर की ओर के फ़ीडबैक से वही अंश अनुपात से गुणा करके हल करने को कह रहा है, इसीलिए ऊँचे अनुपात वाला एक्चुएटर स्वयं बारीकी से नियंत्रित करने में आसान नहीं हो जाता। इस समूह की प्रकाशित आउटपुट गतियाँ यह बात पहले ही कह देती हैं: AK80-64 KV80 पर 23 rpm पर 48 Nm थामने वाला वही एक्चुएटर उसे परास के धीमे सिरे पर थाम रहा है, जहाँ नियंत्रण लूप के पास काम करने के लिए सबसे अधिक समय और सबसे कम सिग्नल होता है।

अनुपालन, इम्पीडेंस और ज़रूरत के अनुसार सहायता वाली विधाएँ

इम्पीडेंस नियंत्रण, अडमिटेंस नियंत्रण और सीरीज़ इलास्टिक तत्व एक्चुएटर के अभिलेख की प्रविष्टियाँ नहीं बल्कि नियंत्रण परत के गुण हैं, और इनमें से कोई भी अकेले मॉड्यूल से नहीं ख़रीदा जाता। एक्चुएटर को जो देना होता है वह टॉर्क कमांड का अनुसरण करने की बैंडविड्थ और वह कम घर्षण है जो उस कमांड को छोटा रहने दे। जिस जोड़ पर कम टॉर्क पर घर्षण और बैकलैश हावी हों, उसे सॉफ़्टवेयर से अनुपालक नहीं बनाया जा सकता, और यही व्यावहारिक कारण है कि पुनर्वास चुनाव में अनुपात और बैकलैश के आँकड़े टॉर्क के आँकड़े जितना ही वज़न रखते हैं।

एक सत्र में निरंतर होल्डिंग टॉर्क बनाम पीक टॉर्क

किसी एक्चुएटर के लेबल पर लिखे दो टॉर्क आँकड़े दो अलग सवालों का उत्तर देते हैं, और पुनर्वास ड्यूटी अपना बड़ा हिस्सा समय इनमें से एक पर बिताती है।

रेटेड टॉर्क वह आँकड़ा है जो एक सत्र खर्च करता है

रेटेड टॉर्क वह सबसे बड़ा आँकड़ा है जो निर्माता निरंतर संचालन के लिए प्रकाशित करता है, और थामी गई मुद्रा या दोहराई गई धीमी गति उसी को खर्च करती है। इस समूह में यह AK40-10 V3.0 KV170 पर 1.3 Nm से लेकर AK80-64 KV80 पर 48 Nm तक चलता है, और परास के मध्य में AK70-9 V3.0 KV60 8.5 Nm, AK45-36 V3.0 KV80 8 Nm तथा AK80-6 KV100 6 Nm के साथ बैठते हैं। किसी अंग को सहारा देने वाला, गति के परास पर गुरुत्व का प्रतिरोध करने वाला या खिंचाव के विरुद्ध स्थिति थामने वाला जोड़ उस पूरी अवधि तक रेटेड स्तंभ में काम कर रहा होता है।

पीक टॉर्क संक्रमण को कवर करता है, होल्ड को नहीं

पीक टॉर्क एक छोटा उछाल है, और उसके पीछे के प्रकाशित पीक करंट उसी अभिलेख में रेटेड करंट से कई गुना होते हैं। AK10-9 V3.0 KV60 10.7 A रेटेड के मुकाबले 31.9 A पीक दर्ज करता है और AK70-9 V3.0 KV60 6.25 A रेटेड के मुकाबले 23.8 A पीक, और यह ऐसा अंतर है जिसे कोई वाइंडिंग लंबे समय तक नहीं झेल सकती। पीक टॉर्क उन क्षणों का है जब पुनर्वास की गति दिशा बदलती है, गिरने लगे किसी अंग को थाम लेती है, या मांसपेशी टोन के अचानक बदलाव को सोख लेती है। उसे सत्र के भीतर कार्यबिंदु की तरह इस्तेमाल करना जोड़ को ऐसी रेटिंग पर ले जाता है जिसे निर्माता ने निरंतर सेवा के लिए प्रकाशित नहीं किया।

करंट वह संख्या है जो ड्राइव और पैक का आकार तय करती है

इंटीग्रेटेड एक्चुएटर अपना ड्राइवर हाउसिंग के भीतर ढोता है, पर करंट फिर भी उस पैक और बस से आना होता है जो युक्ति ढोती है, और पुनर्वास युक्ति अक्सर साथ ले जाने लायक़ होती है। इस समूह में प्रकाशित रेटेड करंट AK45-10 V3.0 KV75 के 1.9 A से लेकर AK10-9 V3.0 KV60 के 10.7 A तक चलते हैं, और कई जोड़ों वाली युक्ति उस संख्या को उन अक्षों की संख्या से गुणा कर देती है जिन्हें वह एक साथ चलाती है। इसलिए करंट जोड़ की यांत्रिक आवश्यकता और पूरी युक्ति के विद्युत डिज़ाइन के बीच का पुल है, और इसी वजह से उसे जल्दी तय करना उपयोगी है।

पुनर्वास जोड़ों के लिए विनिर्देश कुल, हल्के से भारी तक

नीचे की तालिका यहाँ चर्चा किए गए नौ एक्चुएटरों को उन स्तंभों पर एकत्र करती है जो पुनर्वास जोड़ तय करते हैं। हर मान वही आँकड़ा है जो निर्माता उस एक्चुएटर के लिए प्रकाशित करता है।

निर्माता (CubeMars) द्वारा प्रकाशित रिडक्शन अनुपात, रेटेड टॉर्क, पीक टॉर्क, रेटेड करंट, आउटपुट गति और द्रव्यमान। जहाँ आउटपुट गति दो मान रखती है, वे उसी क्रम में 24 V और 48 V के कार्यबिंदु हैं। रेटेड टॉर्क निरंतर आँकड़ा है और पीक टॉर्क अल्पकालिक मान। हर एक्चुएटर की वाइंडिंग, तापीय और माउंटिंग जानकारी उसके निर्माता उत्पाद पृष्ठ पर है।

अनुपात के स्तंभ को नीचे की ओर पढ़ने पर समूह नौ बिंदुओं के बजाय तीन पट्टियों में बँट जाता है। तीन एक्चुएटर 24 V बस पर 10:1 या उससे कम पर काम करते हैं - AK40-10 V3.0 KV170, AK45-10 V3.0 KV75 और AK60-6 V3.0 KV80 - और तीनों 4 Nm रेटेड से कम तथा 400 g से कम पर हैं। तीन 48 V पर 9:1 पर काम करते हैं - AK70-9 V3.0 KV60, AK10-9 V3.0 KV60 और उसी बस पर 6:1 वाला AK80-6 KV100 - और वे 6 Nm से 18 Nm रेटेड के बीच बैठते हैं। अंतिम पट्टी वे दो एक्चुएटर हैं जो छोटी मोटर से ऊँचा टॉर्क पाने के लिए लंबा रिडक्शन चरण इस्तेमाल करते हैं, 36:1 पर AK45-36 V3.0 KV80 और 64:1 पर AK80-64 KV80, और 16:1 पर AKH70-16 V1.0 KV41 उस 9:1 समूह के ऊपर की जगह भरता है। इसके बजाय आड़े पढ़ने पर करंट का स्तंभ पट्टियों को फिर अलग कर देता है: हल्के 10:1 समूह को अपना टॉर्क थामने के लिए 1.9 A से 3.8 A के बीच चाहिए, जबकि AK80-64 KV80 के 48 Nm की क़ीमत 7 A है और AK10-9 V3.0 KV60 के 18 Nm की 10.7 A।

हाथ और कलाई से चाल प्रशिक्षण तक परास को पढ़ना

नीचे की चार पट्टियाँ उस सबसे छोटे जोड़ से चलती हैं जिसे पुनर्वास युक्ति चलाने की संभावना रखती है, और वहाँ तक जहाँ चलते रोगी को ढोने वाली अक्ष है, और हर पट्टी को किसी संख्या के बजाय एक ड्यूटी तय करती है। नौनों रोबोटिक एक्चुएटर श्रेणी में बैठते हैं, और पुनर्वास रोबोट पृष्ठ वह जगह है जहाँ प्लेटफ़ॉर्म पर यह अनुप्रयोग दर्ज है।

190 g और 262 g वाला सिरा: हाथ, कलाई और उँगली की अक्षें

AK40-10 V3.0 KV170 53 mm के 190 g के शरीर से 1.3 Nm रेटेड और 4.1 Nm पीक दर्ज करता है, और AK45-10 V3.0 KV75 उसी 53 mm व्यास पर 262 g से 2.5 Nm रेटेड और 7 Nm पीक दर्ज करता है। दोनों 24 V बस पर चलते हैं और दोनों 10:1 चरण इस्तेमाल करते हैं, और दोनों अंग के सिरे वाले जोड़ों के लिए आकारित हैं, जहाँ रोगी को गति के दौरान ढोना पड़ने वाला द्रव्यमान सीधे थेरेपी के विरुद्ध जोड़ा जाता है। ढाँचे पर लगाए जाने के बजाय पहनने पड़ने वाली उँगली या कलाई का ऑर्थोसिस वही हाल है जिसके लिए ये दोनों बने हैं।

349 g और 380 g का कदम: कोहनी और हल्के टखने के जोड़

AK45-36 V3.0 KV80 वही छोटा ढाँचा लेकर उसके पीछे 36:1 चरण लगाता है, और 24 V पर केवल 40 rpm की आउटपुट गति पर 8 Nm रेटेड तथा 24 Nm पीक दर्ज करता है, जो गति की क़ीमत पर उसके द्रव्यमान वर्ग से कहीं ऊपर का टॉर्क आँकड़ा है। AK60-6 V3.0 KV80 उसी आवरण में उलटी स्थिति लेता है और 380 g पर 6:1 चरण से 3 Nm रेटेड तथा 9 Nm पीक दर्ज करता है, साथ में 24 V पर 233 rpm और 48 V पर 490 rpm की रेटेड गति। परास से तेज़ी से गुज़रने वाली कोहनी की सहायता और धीरे-धीरे टॉर्क थामने वाला टखने का जोड़ - यही दो ड्यूटियाँ इन दोनों को अलग करती हैं।

485 g और 540 g वाला मध्य: कंधे और घुटने की सहायता

AK80-6 KV100 98 mm व्यास पर 485 g से 6 Nm रेटेड और 12 Nm पीक दर्ज करता है, साथ में इस समूह की सबसे ऊँची 603 rpm आउटपुट गति, और AK70-9 V3.0 KV60 89 mm पर 540 g से 9:1 चरण और दर्ज दोहरे-एन्कोडर व्यवस्था के साथ 8.5 Nm रेटेड तथा 29.2 Nm पीक दर्ज करता है। दोनों उस पैमाने पर बैठते हैं जहाँ कंधे या घुटने को थेरेपी के परास से गुज़ारा जा सकता है, और इनके बीच का चुनाव इस पर आता है कि जोड़ को मामूली टॉर्क पर गति चाहिए या मामूली गति पर टॉर्क।

850 g से 940 g वाला सिरा: चाल प्रशिक्षण और भार ढोने वाले जोड़

AK80-64 KV80 64:1 चरण इस्तेमाल करके 850 g से 48 Nm रेटेड और 120 Nm पीक दर्ज करता है, और AKH70-16 V1.0 KV41 16:1 चरण तथा अक्ष से गुज़रते खोखले शाफ़्ट के साथ 879 g से 26 Nm रेटेड और 78 Nm पीक दर्ज करता है। AK10-9 V3.0 KV60 940 g के साथ द्रव्यमान स्तंभ के ऊपरी सिरे पर बैठता है, 18 Nm रेटेड और 53 Nm पीक तथा दर्ज दोहरे-एन्कोडर व्यवस्था के साथ। ये वे अक्षें हैं जो खड़े रोगी को ढोती हैं या पूरे अंग को गुरुत्व के विरुद्ध चलाती हैं, और 64:1 तथा 16:1 चरण ही इसे भारी मोटर के बिना संभव बनाते हैं।

प्रकाशित पुनर्वास अनुसंधान के पीछे के दो एक्चुएटर

पुनर्वास जोड़ आम तौर पर ऐसा होता है कि उसे तब तय किया जाता है जब संकेत देने लायक़ कोई प्रकाशित तैनाती मौजूद न हो, और यही दर्ज मामलों को ध्यान से पढ़ने लायक़ बनाता है। इनमें से एक यहाँ अभिलेख में है: Université de Sherbrooke की मांसपेशी शोष पुनर्वास प्रणाली, जिसे CubeMars ने प्रस्तुत किया, और जो इस तुलना के दो एक्चुएटरों का उपयोग करके सटीक खिंचाव गतियाँ बनाती है।

वे दो यूनिट हैं AK10-9 V3.0 KV60, 18 Nm रेटेड पर, और AK80-64 KV80, 48 Nm रेटेड पर, और यह जोड़ी ऊपर की तालिका की दो सबसे भारी पट्टियों पर बैठती है, उसमें किसी एक बिंदु पर नहीं। एक ही प्रणाली में दोनों होने का कारण आँकड़ों से पढ़ने लायक़ है: खिंचाव की गति को ऐसा टॉर्क चाहिए जिसे जोड़ बिना वाइंडिंग गर्म किए थाम सके, और उसे ऐसा गति-परास चाहिए जिससे जोड़ को युक्ति और थेरेपिस्ट दोनों गुज़ार सकें। इसलिए एक ही मशीन के भीतर अलग-अलग अक्षें अलग-अलग अनुपातों पर बैठ सकती हैं, और 9:1 यूनिट तथा 64:1 यूनिट एक-दूसरे के विकल्प नहीं बल्कि पूरक हैं: पुनर्वास रोबोट का एक्चुएटर युक्ति के बजाय हर अक्ष के लिए चुना जाता है।

एक्चुएटर को प्रशिक्षण विधा से मिलाना

पुनर्वास जोड़ किसी थेरेपी विधा के विरुद्ध तय किया जाता है, और विधाएँ इस बात में भिन्न होती हैं कि एक्चुएटर कितना काम करता है और भार कितनी तेज़ी से बदलता है। पुनर्वास रोबोट के लिए BLDC मोटर के अनुप्रयोग में विधा टॉर्क के आँकड़े से बेहतर शुरुआती बिंदु है, क्योंकि वह तय करती है कि रोगी और एक्चुएटर भार कैसे बाँटेंगे।

निष्क्रिय और निरंतर निष्क्रिय गति

निष्क्रिय विधा में युक्ति अंग को चलाती है और रोगी कोई योगदान नहीं देता, इसलिए पूरा भार एक्चुएटर ढोता है और भार केवल गति की ज्यामिति के साथ बदलता है। आवश्यकता यह है कि पूरे पास की अवधि तक टॉर्क थामा जाए, इतनी कम गति पर कि गति चिकनी पढ़ी जाए, और इसे तय करने वाले आँकड़े एक्चुएटर का रेटेड टॉर्क और रेटेड करंट हैं। केवल निष्क्रिय गति के लिए बना जोड़ इस समूह का सबसे लंबा अनुपात इस्तेमाल कर सकता है, क्योंकि ड्यूटी में कुछ भी गति नहीं माँगता।

सक्रिय-सहायता और ज़रूरत के अनुसार सहायता

सक्रिय-सहायता विधा में रोगी योगदान देता है और युक्ति उस अंतर को भर देती है, और वह अंतर हर दोहराव में बदलता रहता है। यही वह विधा है जो पोज़िशन नियंत्रण के बजाय टॉर्क नियंत्रण माँगती है, और यही वह विधा है जहाँ AK10-9 V3.0 KV60 या AK70-9 V3.0 KV60 की दर्ज दोहरे-एन्कोडर व्यवस्था प्रासंगिक हो जाती है, क्योंकि टॉर्क लूप को ऐसा फ़ीडबैक चाहिए जो मोटर की ओर और आउटपुट, दोनों को दर्शाए। यह वही विधा है जहाँ कम घर्षण और कम बैकलैश सबसे अधिक मायने रखते हैं, क्योंकि सहायता इतनी छोटी रहनी चाहिए कि रोगी के अपने प्रयास से नीचे रहे।

प्रतिरोध और शक्ति प्रशिक्षण

प्रतिरोध विधा में युक्ति गति को बनाने के बजाय उसका विरोध करती है, और एक्चुएटर एक प्रोग्राम करने योग्य ब्रेक की तरह काम करता है। भार फिर भी निरंतर रहता है, और वह उसी दिशा में लगाया जाता है जिस दिशा में रोगी धकेल रहा है, जो जोड़ को उसके परास के उस हिस्से में ले जाता है जहाँ बिना जोड़ हिले वाइंडिंग करंट खींच रही होती है। इस ड्यूटी को बाँधने वाला आँकड़ा रेटेड गति के बजाय रेटेड करंट है, और अनुपात यहाँ निष्क्रिय विधा से अलग कारण से मायने रखता है: लंबा चरण छोटी मोटर को बड़ा प्रतिरोधक टॉर्क थामने देता है, और 36:1 पर AK45-36 V3.0 KV80 तथा 64:1 पर AK80-64 KV80 इसी के लिए बनाए गए हैं।

चाल प्रशिक्षण और शरीर-भार सहारा

चाल प्रशिक्षण में जोड़ गति के किसी एक परास के बजाय चलने के चक्र का अनुसरण करता है, और भार सपोर्ट चरण, जहाँ जोड़ थामता है, तथा स्विंग चरण, जहाँ वह चलता है, के बीच बदलता रहता है। यही बदलाव कारण है कि चाल की अक्ष आम तौर पर तालिका के भारी सिरे पर बैठती है: थामने वाले चरण को रेटेड आँकड़ा चाहिए और स्विंग चरण को कैडेंस के साथ चल पाने लायक़ गति, और दोनों मिलकर चुनाव को ऐसे अनुपात की ओर धकेलते हैं जो पूरी गति खोए बिना टॉर्क ख़रीदे। अक्ष से गुज़रते खोखले शाफ़्ट के साथ AKH70-16 V1.0 KV41, जिससे जोड़ के ऊपर और नीचे केबल जा सकती है, और 53 Nm पीक वाला AK10-9 V3.0 KV60 - यही दो व्यवस्थाएँ हैं जिनकी ओर यह ड्यूटी बढ़ती है।

चयन जाँच-सूची

ड्यूटी और सुरक्षा मामला

• किसी भी मॉडल नंबर को देखने से पहले वह निरंतर टॉर्क लिखें जो जोड़ को थामना है और हर होल्ड की अवधि।
• दिशा-परिवर्तन पर गति को जो पीक टॉर्क चाहिए, वह लिखें और उसे होल्डिंग आँकड़े से अलग रखें।
• यह तय करें कि जोड़ को हाथ से चलाना है या रोगी के धक्के पर झुकना है, और उसी उत्तर के विरुद्ध रिडक्शन अनुपात तय करें।
• टॉर्क कमांड परास और मशीन जो सीमाएँ थोपेगी उनकी पुष्टि करें, क्योंकि वे एक्चुएटर के बजाय युक्ति की हैं।

यांत्रिकी और रोगी इंटरफ़ेस

• प्रकाशित द्रव्यमान को इस बात के विरुद्ध जाँचें कि युक्ति कैसे ढोई जाती है, और दूरस्थ द्रव्यमान को ढाँचे के बजाय गति के विरुद्ध जोड़ें।
• प्रकाशित बैकलैश को उस सबसे छोटी गति के विरुद्ध जाँचें जिसे थेरेपी को हल करना है।
• टॉर्क आँकड़ों की तुलना करने से पहले प्रकाशित व्यास और लंबाई को उस आवरण के विरुद्ध जाँचें जिसकी अंग अनुमति देता है।
• जहाँ चालकों को जोड़ के आर-पार जाना हो, वहाँ जाँचें कि अक्ष से गुज़रता खोखला शाफ़्ट उपलब्ध है या नहीं।

एकीकरण, फ़ीडबैक और ड्राइव

• एक्चुएटर के लिए प्रकाशित फ़ीडबैक व्यवस्था की पुष्टि करें, और यह कि वह केवल पोज़िशन लूप के बजाय टॉर्क लूप का सहारा करती है या नहीं।
• होल्डिंग टॉर्क को प्रकाशित आँकड़े की मदद से रेटेड करंट में बदलें, फिर उसे उन अक्षों की संख्या से गुणा करें जिन्हें युक्ति एक साथ चलाती है।
• प्रकाशित आउटपुट गति स्तंभ का उपयोग करके बस वोल्टेज उस गति से तय करें जो गति को उसके टॉर्क पर चाहिए।
• निर्माता से निरंतर रेटिंग के पीछे का तापीय प्रतिरोध और माउंटिंग शर्त पूछें, क्योंकि अभिलेख उन्हें नहीं ढोता।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

आधिकारिक संसाधन

CubeMars अपनी साइट पर AK श्रृंखला का दस्तावेज़ीकरण करता है, और इस तुलना के हर एक्चुएटर का एक आधिकारिक पृष्ठ है जिस पर उसका पूरा विनिर्देश, रिडक्शन चरण और माउंटिंग चित्र होते हैं। निर्माता की उत्पाद श्रृंखला प्रवेश बिंदु है, और पुनर्वास प्रणाली में नामित दो यूनिट अलग-अलग दर्ज हैं: AK10-9 V3.0 KV60 और AK80-64 KV80। CubeMars निर्माता प्रोफ़ाइल ToBMS पर उसी श्रृंखला को एकत्र करता है, और प्लेटफ़ॉर्म की श्रेणियों में फैला उत्पाद दस्तावेज़ संसाधन के अंतर्गत जमा है। वाइंडिंग विकल्पों, तापीय रेटिंगों और फ़ीडबैक वेरिएंट के लिए सत्य का स्रोत निर्माता ही रहता है; ToBMS खोज और तुलना की परत बनाए रखता है, और इस मार्गदर्शिका में इस्तेमाल हर आँकड़ा प्लेटफ़ॉर्म के उत्पाद अभिलेखों में रखा प्रकाशित मान है।

आगे कहाँ जाएँ

इस मार्गदर्शिका का सबसे नज़दीकी साथी एक्सोस्केलेटन एक्चुएटर: 260 g से 1.4 kg तक तीन CubeMars QDD एक्चुएटर है, जो पहनने योग्य युक्ति के लिए वही जोड़-ड्यूटी पढ़ती है, और एक्सोस्केलेटन के लिए BLDC मोटर: फ्रेमलेस टॉर्क मोटर बनाम इंटीग्रेटेड एक्चुएटर उस पहले के फ़ैसले को उठाती है कि जोड़ को खुला स्टेटर-रोटर किट होना चाहिए या सीलबंद मॉड्यूल। एक्चुएटर वर्ग के लिए रोबोटिक एक्चुएटर: रोबोट जोड़ों के लिए एकीकृत एक्चुएटर का चयन पूरे विनिर्देश कुल से गुज़रती है, और जॉइंट मॉड्यूल कैसे चुनें: 190 g से 1.4 kg तक पाँच CubeMars एक्चुएटर उसी परास के हल्के सिरे का अधिक विस्तार से अनुसरण करती है। जहाँ अनुप्रयोग इसके बग़ल में बैठता है, वहाँ ह्यूमनॉइड रोबोट के लिए BLDC मोटर: टॉर्क, गति और आकार का मिलान और Cobot आर्म के लिए BLDC मोटर चुनते समय क्या देखें पड़ोसी ड्यूटियों को कवर करती हैं।

शोध के बजाय छोटी सूची बनाने के लिए पूरी रोबोटिक एक्चुएटर श्रेणी से शुरू करें, चयन में उम्मीदवारों को टॉर्क, अनुपात और द्रव्यमान के आधार पर छाँटें, फिर उन्हें उत्पाद तुलना में एक-दूसरे के सामने रखें। जहाँ जोड़ को सीलबंद मॉड्यूल के बजाय खुला किट होना है, वहाँ फ्रेमलेस टॉर्क मोटर श्रेणी परास का वह सिरा ढोती है, और डायरेक्ट-ड्राइव विकल्प QDD एक्चुएटर में बैठता है। पुनर्वास रोबोट पृष्ठ इस ड्यूटी का अनुप्रयोग प्रवेश बिंदु है, और पड़ोसी जॉइंट मॉड्यूल, Cobot आर्म, ह्यूमनॉइड रोबोट और क्वाड्रुपेड रोबोट पृष्ठ वे अनुप्रयोग कवर करते हैं जो इन एक्चुएटरों को साझा करते हैं।