リハビリテーションロボット向けにBLDCモーターを選ぶときは、多くのモーター選定を形づくる優先順位が逆転する。治療装置が生み出す動きは、制約ではなく仕様として低速であり、ミリ秒で到達するのではなく秒単位で保持され、患者の肢が出力側に接続されたまま1回の治療セッションの長さにわたって繰り返される。したがって関節に置かれるアクチュエータは、長時間保持できるトルク、ごく低速で正確に指令できるトルク、そして減速機を通して患者がなお感じ取れる負荷の大きさによって評価される。本ガイドでは、この三つの問いを、ロボット用アクチュエータカテゴリに現在掲載されている9機種——190 gのAK40-10 V3.0 KV170から940 gのAK10-9 V3.0 KV60まで——にわたって読み解き、リハビリテーションロボットの関節が実際に課すデューティに照らし合わせる。
要点
リハビリテーションロボットのデューティ向けにBLDCモーターを選ぶ際は、汎用サーボの選定では前面に出てこない3つの数値で判断する。第一は関節における連続トルクである。治療の動きは肢を重力に逆らって数秒間保持し続けるため、巻線は過渡ではなく保持に耐えなければならない。第二は、治療で用いられる速度——公表された無負荷値よりはるかに低い——でアクチュエータが正確に指令できるトルクである。第三は減速比である。減速比は、与えられたモーターに対して関節がどれだけのトルクを持つかと、出力側を通してどれだけの負荷が患者に届くかの両方を決める。ここに集めた9機種では、定格トルクはAK40-10 V3.0 KV170の1.3 NmからAK80-64 KV80の48 Nmまで、質量は190 gから940 gまで、減速比は6:1から64:1に及ぶ。この減速比の広がりは、トルクの広がり以上に、軽量な補助関節と負荷のかかる歩行訓練軸を分けるものである。
リハビリテーションロボット用BLDCモーターが満たすべき要件
リハビリテーション関節が課すデューティは、速度域が狭く持続時間が長く、しかも出力側に人が接続された状態で訪れる。そこから3つの性質が導かれ、それらがリハビリテーションロボットの関節用BLDCモーターを、同じトルククラスのロボット向けに選ばれたモーターと分ける。
治療の動きは設計上低速である
治療の動きは、毎分回転数ではなく、可動域の度数と持続時間の秒数で記述される。膝や肘を数秒かけて可動域全域にわたって動かすのは、毎秒数十度で回る関節であり、その背後にある9:1の段は、毎秒数百rpmで回るモーターである。このグループのアクチュエータの公表無負荷速度はAK80-6 KV100で800 rpmに達し、治療の動きが要求するどの動作点よりもはるかに高い。したがって選定がぶつかるのは速度の上限ではない。曲線の反対側の端であり、そこでの有用な問いは、アクチュエータが低速でどれだけ均一にトルクを出すか、そしてフィードバックが小さな角度をどれだけ細かく分解するかである。
負荷は人の肢であり、動きの中で変化する
固定されたペイロードを運ぶロボット関節とは異なり、リハビリテーション関節が運ぶ肢の実効負荷は、動きの幾何と、患者がどれだけ寄与するかによって変化する。患者が補助すれば、アクチュエータが供給すべきトルクは減る。患者が抵抗したり、ストレッチの途中で筋緊張が高まったりすれば、コントローラが予期していない瞬間にそのトルクは増える。したがって公表された定格トルクは、最悪ケースの記述ではなく、寸法計算の下限である。そして公表されたピークトルクは、想定外を吸収する余裕である。このグループでは両者の広がりが異なる。AK80-6 KV100は定格6 Nmに対してピーク12 Nmを公表し、AK10-9 V3.0 KV60は定格18 Nmに対してピーク53 Nm、AK80-64 KV80は定格48 Nmに対してピーク120 Nmを公表する。
要件を担う3つの数値
最小の組み合わせに絞れば、3つの公表値がリハビリテーション選定の大半を担う。定格トルクは連続値であり、保持された姿勢が消費するのはこれである。減速比は、関節が見るトルクと、関節が患者にどれだけ透明に感じられるかの両方を決める。連続電流はその2つの電気的な代価であり、装置とともに移動するドライブとパックの寸法を決める。仕様のうち他のすべて——径から極数まで——は、この3つを機械に収めるうえでの制約である。
リハビリのデューティサイクルにおける低速と高い保持トルク
速度は、リハビリテーションロボット向けのBLDCモーター選定が、他のあらゆるロボット用途から最も大きく乖離する点であり、リハビリテーションロボットのデューティが最初に固定するものである。動作点は高速ではなく、その点でのトルクは長時間保持される。それにより2つの公表値が選定の中心になる。
作業トルクは速度域の下端に位置する
以下の表の定格速度の列は、AK80-64 KV80の24 Vバスでの23 rpmからAK80-6 KV100の603 rpmまでに及び、可動域をゆっくりと進む治療関節は、そのいずれよりもはるかに低いところで時間を過ごす。このグループの低速アクチュエータは、そのデューティに対する妥協ではない。低速であること自体が設計である。AK45-36 V3.0 KV80の36:1の段は、24 Vバスで出力端40 rpmで回り、AK80-64 KV80の64:1の段は23 rpmで回る。いずれも、それ以上の減速なしに治療の動きが及ぶ範囲の内側にある。
重力に逆らって肢を保持することは連続トルクである
重力に逆らって保持された姿勢は連続的に電流を引き、電流は熱になる。リハビリテーション機器では、保持は動きと動きの間の合間ではない。持続的他動運動(CPM)装置や静的なストレッチ装置では、それがセッションの大半を占める。したがって支配する数値は定格トルクであり、その読み方は、それに対応する公表定格電流と照らし合わせることである。AK80-64 KV80は7 Aで定格48 Nmを公表し、AK10-9 V3.0 KV60は10.7 Aで定格18 Nmを公表する。前者はより低い電流で2倍を超えるトルクを保持しており、その理由はモーターではなく両者の間の減速比にある。
熱的なデューティを決めるのは反復であり、ピークではない
1回の治療セッションでは同じ動きが何度も繰り返され、各反復の開始時点での巻線の熱状態は、その前の反復によって決まる。連続定格は熱に関する記述であり、アクチュエータの記録が十分には保持していない取り付け条件に対して示される。独自の筐体と独自の熱経路を持つ装置の内側で、その定格がどれだけ生き残るかはメーカーに問うべき事柄であり、関節がセッションの大部分にわたって高いトルクを保持することが見込まれる場合には、要件リストの先頭に属する。
安全な関節が負荷の下でバックドライバブルであり続けなければならない理由
リハビリテーション関節は、その出力を人と共有する。セラピストが手で肢を導くとき、あるいは患者が補助なしで動きを試みるとき、アクチュエータが駆動するのと同じ軸にトルクが加えられ、関節はそれに抗うのではなく受け入れなければならない。それをどこまで許容するかは、モーター単体ではなく減速段によって決まる。
バックドライバビリティは減速比と段によって決まる
減速比は、モーターのトルクを関節のトルクへと同じ比率で増幅し、関節の動きをモーターの動きへと同じ比率で縮小する。そして出力側で人が加えるトルクにも同じことをする。AK80-64 KV80の64:1の単段遊星は、AK60-6 V3.0 KV80やAK80-6 KV100の6:1の段よりも、出力側から駆動するのがはるかに難しい。その違いは電子的なものではなく機械的なものである。手で動かさなければならない関節、あるいは患者が押し返したときに譲らなければならない関節が、バックドライバブルなBLDCモーターを要するケースであり、トルクの増幅とその自由度との間のトレードオフが決まるのは減速比においてである。
高い減速比が奪うもの
トルクを増幅するのと同じ減速比が、他の2つの性質に不利に働く。負荷が伝わる前に出力が打ち勝たなければならない段の摩擦とバックラッシを高め、患者が関節で感じる実効慣性を変える。このグループの公表バックラッシ値は、AK80-64 KV80の0.18°から、AK40-10 V3.0 KV170、AK45-10 V3.0 KV75、AK70-9 V3.0 KV60の0.3°までの間にあり、AK45-36 V3.0 KV80、AKH70-16 V1.0 KV41、AK80-6 KV100はその間に0.2°と0.22°を公表している。バックラッシは関節において、反転のたびの開始時の不感帯として感じられ、リハビリテーション機器ではその大きさの不感帯は、測定できるだけではなく動きの中に見えてしまう。
患者の接触経路におけるアクチュエータの位置
安全の議論はアクチュエータで終わらない。肢を保持する装置は、リミット、トルク指令範囲、非常停止、機械的なエンドストップも備えており、それらはモジュールではなく機械の一部である。アクチュエータが寄与するのは、有界なトルクへ指令できることと、指令が取り除かれたときにロックしないことである。どちらも独自のドライバを持つ一体型アクチュエータの性質であり、どちらも、人が接続されている間は柔軟であり続けなければならない関節にとって、密閉モジュールがしばしばより単純な出発点となる理由である。
力制御とその背後にあるトルク帯域
補助療法は、位置の問題である前にトルクの問題である。患者が動きを完了するのを助ける関節は、患者がすでに行っていることに対して比例してトルクを加えなければならず、そのためには、ドライブがトルクで指令でき、小さな値でも信頼できるリハビリテーションロボット用アクチュエータが必要である。
トルク制御にはドライブが作用できる推定値が必要である
トルクモードの指令は、ドライブが依拠する出力トルクの推定値と同じだけしか良くない。その推定値は、相電流と、アクチュエータが備える位置フィードバックから組み立てられる。このグループの密閉モジュールは、モーター、減速段、ドライバを1つの筐体の内側に収めており、記録は公表している箇所でフィードバック構成を示している。AK10-9 V3.0 KV60とAK70-9 V3.0 KV60はいずれもデュアルエンコーダで記録されており、これは位置ループだけでなくトルクループを支える構成である。
分解能はロータではなく関節において
治療が要求する動きは、出力側では小さく、モーター側では大きい。そしてその間の倍率が減速比である。出力側で1度の何分の一かを分解するよう求められる関節は、モーター側のフィードバックに、その端数を減速比で掛けた値を分解するよう求めている。高減速比のアクチュエータが自動的に細かく制御しやすいものになるわけではないのは、このためである。このグループの公表出力速度はすでにその点を示している。AK80-64 KV80で23 rpmで48 Nmを保持するのと同じアクチュエータが、それを保持しているのは範囲の低速端であり、そこでは制御ループが使える時間は最も長く、信号は最も少ない。
コンプライアンス、インピーダンス、必要時支援モード
インピーダンス制御、アドミタンス制御、直列弾性要素は、アクチュエータの記録の項目ではなく制御層の性質であり、そのいずれもモジュール単体で買えるものではない。アクチュエータが提供しなければならないのは、トルク指令に追従する帯域と、その指令を小さく保てるだけの低い摩擦である。低トルクで摩擦とバックラッシが支配する関節は、ソフトウェアで柔軟にすることはできない。リハビリテーションの選定において減速比とバックラッシの数値がトルクの数値と同じ重みを持つ実務的な理由は、ここにある。
セッションにおける連続保持トルクとピークトルク
アクチュエータのラベルにある2つのトルク値は、2つの異なる問いに答えるものであり、リハビリテーションのデューティはそのうちの一方に大半の時間を費やす。
定格トルクはセッションが消費する数値である
定格トルクは、メーカーが連続運転について公表する最も大きな値であり、保持された姿勢や繰り返される低速の動きが消費するのはこれである。このグループでは、AK40-10 V3.0 KV170の1.3 NmからAK80-64 KV80の48 Nmまでに及び、その中間はAK70-9 V3.0 KV60の8.5 Nm、AK45-36 V3.0 KV80の8 Nm、AK80-6 KV100の6 Nmが占める。肢を支え、可動域にわたって重力に抗し、あるいはストレッチに逆らって位置を保持する関節は、その期間の全体を通して定格の列で働いている。
ピークトルクは保持ではなく遷移を担う
ピークトルクは短時間の振れであり、その背後にある公表ピーク電流は、同じ記録の定格電流の数倍である。AK10-9 V3.0 KV60は定格10.7 Aに対してピーク31.9 Aを公表し、AK70-9 V3.0 KV60は定格6.25 Aに対してピーク23.8 Aを公表するが、これはどの巻線も長くは保持できない差である。ピークトルクは、リハビリテーションの動きが向きを変える瞬間、倒れかけた肢を受け止める瞬間、筋緊張の急変を吸収する瞬間に属する。それをセッション内の動作点として使うことは、関節を、メーカーが連続運転用として公表していない定格へと移すことになる。
ドライブとパックの寸法を決めるのは電流である
一体型アクチュエータはドライバを筐体の内側に備えるが、電流は依然として装置が搭載するパックとバスから届かなければならず、リハビリテーション機器はしばしば携帯型である。このグループの公表定格電流は、AK45-10 V3.0 KV75の1.9 AからAK10-9 V3.0 KV60の10.7 Aに及び、複数の関節を持つ装置では、その値を同時に動かす軸の数だけ掛け合わせる。したがって電流は、関節における機械的な要件と装置全体の電気設計をつなぐ橋であり、それゆえ早い段階で確定する価値がある。
軽量から高負荷までのリハビリテーション関節向け仕様セット
以下の表は、ここで扱う9機種を、リハビリテーション関節を決める列にまとめたものである。すべての値は、そのアクチュエータについてメーカーが公表している数値である。
| モデル | 減速比 | 定格トルク | ピークトルク | 定格電流 | 出力速度 | 質量 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| AK40-10 V3.0 KV170 | 10:1 | 1.3 Nm | 4.1 Nm | 2.7 A | 370 rpm | 190 g |
| AK45-10 V3.0 KV75 | 10:1 | 2.5 Nm | 7 Nm | 1.9 A | 120 rpm | 262 g |
| AK45-36 V3.0 KV80 | 36:1 | 8 Nm | 24 Nm | 2 A | 40 rpm | 349 g |
| AK60-6 V3.0 KV80 | 6:1 | 3 Nm | 9 Nm | 3.8 A | 233 / 490 rpm | 380 g |
| AK80-6 KV100 | 6:1 | 6 Nm | 12 Nm | 9.7 A | 603 rpm | 485 g |
| AK70-9 V3.0 KV60 | 9:1 | 8.5 Nm | 29.2 Nm | 6.25 A | 260 rpm | 540 g |
| AK80-64 KV80 | 64:1 | 48 Nm | 120 Nm | 7 A | 23 / 48 rpm | 850 g |
| AKH70-16 V1.0 KV41 | 16:1 | 26 Nm | 78 Nm | 6.5 A | 90 rpm | 879 g |
| AK10-9 V3.0 KV60 | 9:1 | 18 Nm | 53 Nm | 10.7 A | 235 rpm | 940 g |
減速比、定格トルク、ピークトルク、定格電流、出力速度、質量は、メーカー(CubeMars)が公表しているとおりの値である。出力速度が2つの値を持つ場合、それらは順に24 Vと48 Vの動作点である。定格トルクは連続値であり、ピークトルクは短時間の値である。各アクチュエータの巻線、熱、取り付けに関するデータは、そのメーカーの製品ページにある。
減速比の列を縦に読むと、このグループは9つの点ではなく3つの帯に分かれる。3機種は24 Vバスで10:1以下で動作し、AK40-10 V3.0 KV170、AK45-10 V3.0 KV75、AK60-6 V3.0 KV80はいずれも定格4 Nm未満、400 g未満である。3機種は48 Vで9:1で動作し、AK70-9 V3.0 KV60、AK10-9 V3.0 KV60、そして同じバスで6:1のAK80-6 KV100は、定格6 Nmから18 Nmの間に位置する。最後の帯は、長い減速段を用いて小さなモーターから高いトルクに到達する2機種で、36:1のAK45-36 V3.0 KV80と64:1のAK80-64 KV80であり、16:1のAKH70-16 V1.0 KV41が9:1のグループより上の隙間を埋めている。代わりに横に読むと、今度は電流の列が帯を分ける。軽量な10:1のグループはトルクを保持するのに1.9 Aから3.8 Aを要するのに対し、AK80-64 KV80の48 Nmは7 A、AK10-9 V3.0 KV60の18 Nmは10.7 Aを要する。
手・手首から歩行訓練までのレンジを読む
以下の4つの帯は、リハビリテーション機器が駆動する可能性が高い最小の関節から、歩行中の患者を支える軸までに及び、各帯は数値ではなくデューティによって定義される。9機種はすべてロボット用アクチュエータカテゴリにあり、リハビリテーションロボットのページが、この用途がプラットフォーム上で記録されている場所である。
190 gと262 gの端:手、手首、指の軸
AK40-10 V3.0 KV170は、53 mmで190 gのボディから定格1.3 Nm、ピーク4.1 Nmを公表し、AK45-10 V3.0 KV75は、同じ53 mmの径で262 gから定格2.5 Nm、ピーク7 Nmを公表する。どちらも24 Vバスで動作し、どちらも10:1の段を使用し、どちらも肢の末端の関節向けに寸法が定められている。そこでは、患者が動きの中で運ばなければならない質量が、治療に直接のしかかる。フレームに取り付けるのではなく装着しなければならない指や手首の装具が、この2機種が作られたケースである。
349 gと380 gの段:肘と軽負荷の足首関節
AK45-36 V3.0 KV80は、同じ小さなフレームの背後に36:1の段を置き、24 Vで出力速度わずか40 rpmで定格8 Nm、ピーク24 Nmを公表しており、速度と引き換えにその質量クラスをはるかに超えるトルク値である。AK60-6 V3.0 KV80は同じ外形の中で逆の位置を占め、380 gで6:1の段を通して定格3 Nm、ピーク9 Nmを公表し、定格速度は24 Vで233 rpm、48 Vで490 rpmである。可動域を素早く動かなければならない肘の補助と、ゆっくりトルクを保持しなければならない足首関節が、両者を分ける2つのデューティである。
485 gと540 gの中間:肩と膝の補助
AK80-6 KV100は、98 mmの径で485 gから定格6 Nm、ピーク12 Nmを公表し、このグループで最も高い出力速度603 rpmを持つ。AK70-9 V3.0 KV60は、89 mmで540 gから定格8.5 Nm、ピーク29.2 Nmを公表し、9:1の段と、記録されたデュアルエンコーダ構成を備える。どちらも、肩や膝を治療の可動域にわたって駆動できる規模にあり、両者の選択は、関節がほどほどのトルクで速度を必要とするのか、ほどほどの速度でトルクを必要とするのかに帰着する。
850 gから940 gの端:歩行訓練と高負荷関節
AK80-64 KV80は64:1の段を用いて、850 gから定格48 Nm、ピーク120 Nmを公表し、AKH70-16 V1.0 KV41は、16:1の段と軸を通る中空シャフトを備え、879 gから定格26 Nm、ピーク78 Nmを公表する。AK10-9 V3.0 KV60は質量の列の最上位、940 gに位置し、定格18 Nm、ピーク53 Nmと、記録されたデュアルエンコーダ構成を持つ。これらは、立位の患者を支え、あるいは肢全体を重力に逆らって動かす軸であり、64:1と16:1の段が、より重いモーターなしにそれを可能にしている。
公表されたリハビリテーション研究を支える2つのアクチュエータ
リハビリテーション関節は通常、指し示せる公表された導入事例が存在する前に仕様が固まるため、記録された事例は注意深く読む価値がある。ここではその1つが記録に収められている。カナダのシェルブルック大学(Université de Sherbrooke)による筋萎縮リハビリテーションシステムで、CubeMarsが取り上げており、この比較のアクチュエータのうち2機種を用いて精密なストレッチ動作を生み出している。
CubeMarsは、シェルブルック大学のシステムが2つのAKシリーズアクチュエータを用いて、筋萎縮の患者に精密なストレッチ動作を提供している様子を示している。本ガイドが扱うレンジの両端が同じ臨床目的に使われていることを示す、最も明快な公表事例である。
ToBMSの動画ページYouTube で視聴この2機種は、定格18 NmのAK10-9 V3.0 KV60と定格48 NmのAK80-64 KV80であり、その組み合わせは上の表の1点ではなく、最も重い2つの帯に対応する。1つのシステムが両方を搭載する理由は、数値から読み取る価値がある。ストレッチ動作には、巻線が発熱せずに関節が保持できるトルクが必要であり、装置とセラピストの双方が関節を動かせる可動域も必要である。したがって1つの機械の内側で、異なる軸が異なる減速比に落ち着くことがあり、9:1の機種と64:1の機種は互いの代替ではなく補完である。リハビリテーションロボット用アクチュエータは、装置ごとではなく軸ごとに選ばれる。
アクチュエータを訓練モードに合わせる
リハビリテーション関節は、治療のモードに照らして仕様が定まり、モードによってアクチュエータが担う仕事の割合と、負荷が変化する速さが異なる。リハビリテーションロボット向けBLDCモーターの用途では、モードはトルク値よりも良い出発点である。患者とアクチュエータがどのように負荷を分担するかを決めるからである。
他動運動と持続的他動運動
他動モードでは、装置が肢を動かし、患者は何も寄与しない。したがってアクチュエータが負荷の全体を担い、負荷は動きの幾何によってのみ変化する。要件は、1回の動作の長さにわたって保持されるトルクであり、動きが滑らかに見える程度に低い速度でのものである。それを決める数値は、アクチュエータの定格トルクと定格電流である。他動運動だけのために作られた関節は、このグループで最も長い減速比を使える。デューティの中に速度を求めるものが何もないからである。
能動補助と必要時支援
能動補助モードでは、患者が寄与し、装置がその不足分を埋め、不足分は反復ごとに変化する。これが位置制御ではなくトルク制御を求めるモードであり、AK10-9 V3.0 KV60やAK70-9 V3.0 KV60における、記録されたデュアルエンコーダ構成が関係してくるモードである。トルクループには、モーター側と出力側の両方を反映するフィードバックが必要だからである。また、摩擦が低くバックラッシが小さいことが最も重要なモードでもある。補助は、患者自身の努力を下回る程度に小さくなければならないからである。
抵抗運動と筋力訓練
抵抗モードでは、装置が動きを生み出すのではなく妨げ、アクチュエータはプログラム可能なブレーキとして働く。負荷は依然として連続的であり、患者が押している方向に加えられるため、関節は、関節が動かないまま巻線が電流を引いている可動域の部分に置かれる。このデューティを制限するのは、定格速度ではなく定格電流であり、減速比は他動モードとは別の理由で重要になる。長い段は、小さなモーターに大きな抵抗トルクを保持させる。36:1のAK45-36 V3.0 KV80と64:1のAK80-64 KV80は、まさにそのように構成されている。
歩行訓練と体重支持
歩行訓練では、関節は単一の可動域ではなく歩行周期に従い、負荷は、関節が保持する立脚期と、動く遊脚期との間で交互に切り替わる。その交替があるため、歩行の軸は通常、表のより重い端に落ち着く。保持相は定格の数値を必要とし、遊脚相は歩調についていけるだけの速度を必要とし、両者が合わさって選定を、速度をすべて失うことなくトルクを得られる減速比へと押しやる。軸を通る中空シャフトを持ち、その上下で関節を配線できるAKH70-16 V1.0 KV41と、ピーク53 NmのAK10-9 V3.0 KV60が、このデューティが手を伸ばしがちな2つの構成である。
選定チェックリスト
デューティと安全の根拠
- どの型番を見るよりも前に、関節が保持しなければならない連続トルクと、各保持の持続時間を書き留める。
- 方向転換の際に動きが必要とするピークトルクを書き留め、保持の数値とは分けておく。
- 関節を手で動かす必要があるのか、患者の押しに応じて譲る必要があるのかを決め、その答えに照らして減速比を確定する。
- トルク指令範囲と、機械が課すリミットを確認する。それらはアクチュエータではなく装置に属するからである。
機構と患者インターフェース
- 公表質量を、装置の携行方法に照らして確認し、遠位の質量はフレームではなく動きに割り当てて考える。
- 公表バックラッシを、治療が分解しなければならない最小の動きに照らして確認する。
- トルク値を比較する前に、公表された径と長さを、肢が許す範囲に照らして確認する。
- 導線を関節の前後へ通す必要がある場合は、軸を通る中空シャフトが利用できるかを確認する。
統合、フィードバック、ドライブ
- アクチュエータについて公表されているフィードバック構成を確認し、それが位置ループだけでなくトルクループを支えるかどうかを確かめる。
- 保持トルクを、公表値を使って定格電流に換算し、その値を装置が同時に動かす軸の数だけ掛け合わせる。
- 必要なトルクで動きが必要とする速度から、公表された出力速度の列を用いて、バス電圧を確定する。
- 連続定格の背後にある熱抵抗と取り付け条件をメーカーに問い合わせる。記録がそれらを保持していないからである。
よくある質問
Qリハビリテーション関節は、セッション全体にわたって定格トルクで肢を保持できますか?
公表された記録が、そのために定格トルクとピークトルクを分けている。定格トルクは連続値であり、保持された姿勢が消費するのはこれである。ピークトルクは短時間の振れである。このグループでは、ピーク値には定格電流の数倍のピーク電流が伴う。たとえばAK10-9 V3.0 KV60では31.9 Aが10.7 Aに対し、AK70-9 V3.0 KV60では23.8 Aが6.25 Aに対してであり、巻線はその差を持続できない。セッションは定格の列に属し、それを持続できる時間は取り付けと筐体に依存する。それらはアクチュエータではなく装置側の事柄である。
Q高い減速比はリハビリテーション関節をより安全にしますか?
トルクを得る代わりに透明性を費やす。AK80-64 KV80で小さなモーターを48 Nmの関節に変えるのと同じ減速比が、その関節を出力側から駆動しにくくする。セラピストが手で肢を導くとき、あるいは患者が装置を押し返すときに効いてくる性質である。公表されたバックラッシ値は直線ではなく微妙な形で同じ方向に動く。10:1のAK40-10 V3.0 KV170で0.3°、64:1のAK80-64 KV80で0.18°であり、長い段が自動的に緩いわけではない。選定は順位付けではなくトレードオフである。
Qリハビリテーション用アクチュエータは関節においてどのようなフィードバックを必要としますか?
治療のモードによる。プログラムされた1回の動作を低速で実行するだけのリハビリテーションロボット用BLDCモーター関節には、動きを滑らかにするのに十分な精度の位置フィードバックがあればよい。患者を補助する関節はトルクループを回さなければならず、そのループは相電流と、モーター側と出力側の双方からの位置フィードバックから組み立てられる。記録は公表している箇所で構成を示しており、AK10-9 V3.0 KV60とAK70-9 V3.0 KV60がデュアルエンコーダで記録されているのはそのためである。
Qウェアラブルなリハビリテーション機器は、どれだけのアクチュエータ質量を搭載できますか?
公表された上限はなく、この問いを読む有用な方法は、質量がどこに載るかに照らすことである。このグループでは、小さい端はAK40-10 V3.0 KV170の190 gとAK45-10 V3.0 KV75の262 gから始まり、どちらも53 mmの径であり、重い端はAK10-9 V3.0 KV60の940 gに達する。手や手首の関節は、患者が行うあらゆる動きを通して自身の質量の代価を払う。一方、肩や股関節の関節は固定フレームに近い。公表されたトルクと質量の列を併せて読むことが実務的な比較であり、同程度の質量の2機種が大きく異なるトルクを保持できる理由は減速比が説明する。
公式リソース
CubeMarsは自社サイトでAKシリーズを記録しており、この比較の各アクチュエータには、完全な仕様、減速段、取り付け図を掲載した公式ページがある。メーカーの製品レンジが入口であり、リハビリテーションシステムで名前が挙がった2機種は個別に記録されている。AK10-9 V3.0 KV60とAK80-64 KV80である。CubeMars のメーカープロフィールは同じレンジをToBMS上にまとめており、プラットフォームの各カテゴリにわたる製品ドキュメントは資料の下に集められている。メーカーは巻線オプション、熱定格、フィードバックのバリエーションについての信頼できる情報源であり続け、ToBMSは発見と比較の層を担う。本ガイドで用いたすべての数値は、プラットフォームの製品記録に保持された公表値である。
次のステップ
本ガイドに最も近い姉妹記事は外骨格アクチュエータ:260 gから1.4 kgまでのCubeMars準ダイレクトドライブ3機種であり、ウェアラブル機器について同じ関節デューティを読み解いている。外骨格向けBLDCモーター:フレームレストルクモーターと一体型アクチュエータの比較は、関節をステータとロータの裸のキットにするか密閉モジュールにするかという、より手前の判断を扱う。アクチュエータのクラスそのものについては、ロボット用アクチュエータ:ロボット関節に適した一体型アクチュエータの選び方が仕様セット全体を順に扱い、ジョイントモジュールの選び方:190 gから1.4 kgまでのCubeMarsアクチュエータ5機種が同じレンジの軽い端をより詳しくたどる。用途が本記事の隣にある場合は、ヒューマノイドロボット向けBLDCモーター:トルク・速度・寸法の整合と協働ロボットアーム向けBLDCモーターで確認すべきポイントが隣接するデューティを扱っている。
調査ではなく候補の絞り込みを行うには、ロボット用アクチュエータカテゴリ全体から始め、製品選定でトルク、減速比、質量によって候補を絞り、選んだものは製品比較で互いに突き合わせる。関節が密閉モジュールではなく裸のキットでなければならない場合、フレームレストルクモーターカテゴリがその端を担い、ダイレクトドライブの選択肢は準ダイレクトドライブアクチュエータにある。リハビリテーションロボットのページがこのデューティの用途の入口であり、隣接するジョイントモジュール、協働ロボットアーム、ヒューマノイドロボット、四足歩行ロボットの各ページが、これらのアクチュエータを共有する用途を扱っている。








