Jak wybrać silnik BLDC do robota rehabilitacyjnego

Wybór silnika BLDC do pracy w robocie rehabilitacyjnym odwraca priorytety, które kształtują większość decyzji o doborze silnika. Ruch wytwarzany przez urządzenie terapeutyczne jest wolny z założenia, a nie z ograniczenia, utrzymywany przez sekundy, a nie osiągany w milisekundach, i powtarzany przez cały czas trwania sesji terapeutycznej z kończyną pacjenta przymocowaną do wyjścia. Siłownik w przegubie ocenia się więc po momencie, który potrafi utrzymywać przez długi czas, po momencie, którym można precyzyjnie sterować przy bardzo niskiej prędkości, oraz po tym, jaką część obciążenia pacjent wciąż odczuwa przez przekładnię. Ten poradnik odczytuje te trzy pytania w odniesieniu do dziewięciu siłowników wymienionych obecnie w kategorii Siłowniki robotyczne, od jednostki AK40-10 V3.0 KV170 o masie 190 g do jednostki AK10-9 V3.0 KV60 o masie 940 g, i zestawia je z obciążeniem, jakie faktycznie nakłada przegub Robot rehabilitacyjny.

Krótka odpowiedź

Silnik BLDC do pracy w robocie rehabilitacyjnym wybiera się na podstawie trzech wartości, od których nie zaczyna typowy dobór serwonapędu ogólnego przeznaczenia. Pierwsza to moment ciągły w przegubie, ponieważ ruch terapeutyczny utrzymuje kończynę wbrew grawitacji przez sekundy naraz, a uzwojenie musi przetrwać utrzymywanie, a nie stan przejściowy. Druga to moment, którym siłownik potrafi precyzyjnie sterować przy prędkościach stosowanych w terapii, a te leżą znacznie poniżej opublikowanej wartości bez obciążenia. Trzecia to przełożenie, ponieważ decyduje ono zarówno o tym, jaki moment ma przegub przy danym silniku, jak i o tym, jaka część obciążenia dociera do pacjenta przez wyjście. Wśród dziewięciu zebranych tu siłowników moment znamionowy biegnie od 1.3 Nm w AK40-10 V3.0 KV170 do 48 Nm w AK80-64 KV80, masa od 190 g do 940 g, a przełożenie obejmuje zakres od 6:1 do 64:1. To rozproszenie przełożeń, bardziej niż rozproszenie momentu, odróżnia lekki przegub wspomagający od obciążonej osi treningu chodu.

Co musi zapewnić silnik BLDC do robota rehabilitacyjnego

Obciążenie, jakie nakłada przegub rehabilitacyjny, jest wąskie pod względem prędkości i długie pod względem czasu trwania, a występuje z człowiekiem dołączonym do wyjścia. Wynikają z tego trzy właściwości i to one odróżniają silnik BLDC do przegubu robota rehabilitacyjnego od silnika wybranego do robota w tej samej klasie momentu.

Ruch terapeutyczny jest wolny z założenia

Ruch terapeutyczny opisuje się w stopniach zakresu i sekundach czasu trwania, a nie w obrotach na minutę. Kolano lub łokieć prowadzony przez swój zakres w ciągu kilku sekund to przegub obracający się z prędkością dziesiątek stopni na sekundę, a za stopniem 9:1 odpowiada to silnikowi obracającemu się z prędkością kilkuset rpm. Opublikowane prędkości bez obciążenia siłowników w tej grupie sięgają 800 rpm w AK80-6 KV100, znacznie powyżej każdego punktu pracy, jakiego wymaga ruch terapeutyczny, więc dobór nie natrafia na górną granicę prędkości. Natrafia natomiast na przeciwny koniec krzywej, gdzie użyteczne pytania dotyczą tego, jak równomiernie siłownik przekazuje moment przy niskiej prędkości i jak dokładnie sprzężenie zwrotne rozróżnia mały kąt.

Obciążeniem jest kończyna człowieka i zmienia się w trakcie ruchu

W odróżnieniu od przegubu robota przenoszącego stałe obciążenie, przegub rehabilitacyjny przenosi kończynę, której efektywne obciążenie zmienia się wraz z geometrią ruchu i z tym, ile pacjent sam wnosi. Pacjent, który pomaga, zmniejsza moment, jaki siłownik musi dostarczyć; pacjent, który stawia opór, albo którego napięcie mięśniowe rośnie w trakcie rozciągania, zwiększa go w momencie, którego sterownik nie zaplanował. Opublikowany moment znamionowy jest więc dolną granicą obliczeń doboru, a nie opisem najgorszego przypadku, a opublikowany moment szczytowy to zapas pochłaniający nieprzewidziane. Obie wartości mają w tej grupie różne rozproszenia: AK80-6 KV100 podaje 12 Nm momentu szczytowego wobec 6 Nm znamionowego, natomiast AK10-9 V3.0 KV60 podaje 53 Nm momentu szczytowego wobec 18 Nm znamionowego, a AK80-64 KV80 podaje 120 Nm momentu szczytowego wobec 48 Nm znamionowego.

Trzy wartości, które niosą to wymaganie

Sprowadzony do najmniejszego zestawu, dobór rehabilitacyjny opiera się w większości na trzech opublikowanych wartościach. Moment znamionowy to wartość ciągła i to jego zużywa utrzymywana pozycja. Przełożenie ustala zarówno moment widziany przez przegub, jak i to, jak przezroczysty przegub wydaje się pacjentowi. Prąd ciągły to rachunek elektryczny za oba te elementy i to on wymiaruje sterownik oraz pakiet, które podróżują z urządzeniem. Wszystko inne w specyfikacji, od średnicy po liczbę biegunów, jest ograniczeniem przy dopasowywaniu tych trzech wartości do maszyny.

Niska prędkość i wysoki moment podtrzymania w cyklu pracy rehabilitacji

Prędkość jest tym, czym dobór silnika BLDC do robota rehabilitacyjnego najbardziej odbiega od każdego innego zastosowania robotycznego, i jest pierwszą rzeczą, którą ustala obciążenie Robot rehabilitacyjny. Punkt pracy nie jest szybki, a moment w tym punkcie jest utrzymywany przez długi czas, co czyni dwie opublikowane wartości centrum doboru.

Moment roboczy leży na dolnym końcu zakresu prędkości

Kolumna prędkości znamionowej w poniższej tabeli biegnie od 23 rpm przy szynie 24 V w AK80-64 KV80 do 603 rpm w AK80-6 KV100, a przegub terapeutyczny, który pełznie przez zakres ruchu, spędza czas znacznie poniżej wszystkich tych wartości. Siłowniki o niskiej prędkości w tej grupie nie są kompromisem dla takiego obciążenia; niska prędkość jest założeniem konstrukcyjnym. Stopień 36:1 w AK45-36 V3.0 KV80 obraca się na wyjściu z prędkością 40 rpm przy szynie 24 V, a stopień 64:1 w AK80-64 KV80 obraca się z prędkością 23 rpm; oba mieszczą się w zakresie, jaki obejmuje ruch terapeutyczny, bez dodatkowego przełożenia.

Utrzymywanie kończyny wbrew grawitacji to moment ciągły

Pozycja utrzymywana wbrew grawitacji pobiera prąd w sposób ciągły, a prąd to ciepło. W urządzeniu rehabilitacyjnym utrzymywanie nie jest przerywnikiem między ruchami; w maszynie do ciągłego ruchu biernego albo w statycznym stanowisku do rozciągania to większość sesji. Rządzącą wartością jest więc moment znamionowy, a odczytywać go należy wobec opublikowanego prądu znamionowego, który mu towarzyszy. AK80-64 KV80 podaje 48 Nm znamionowo przy 7 A, natomiast AK10-9 V3.0 KV60 podaje 18 Nm znamionowo przy 10.7 A. Pierwszy utrzymuje ponad dwukrotnie większy moment przy niższym prądzie, a przyczyna leży w przełożeniu między nimi, a nie w silnikach.

Powtarzalność ustala obciążenie cieplne, a nie wartość szczytowa

Sesja terapeutyczna powtarza ten sam ruch wielokrotnie, a stan cieplny uzwojenia na początku każdego powtórzenia ustala to poprzednie. Wartość ciągła jest stwierdzeniem termicznym i odnosi się do warunku montażu, którego rekord siłownika nie przenosi w pełni. Wewnątrz urządzenia z własną obudową i własną ścieżką ciepła, jaka część tej wartości się utrzyma, jest pytaniem do producenta i należy ono na początek listy wymagań, gdy od przegubu oczekuje się utrzymywania wysokiego momentu przez dużą część sesji.

Dlaczego bezpieczny przegub musi zachować przenoszenie ruchu wstecz pod obciążeniem

Przegub rehabilitacyjny dzieli swoje wyjście z człowiekiem. Terapeuta prowadzący kończynę ręką albo pacjent próbujący wykonać ruch bez wspomagania przykłada moment na tym samym wale, który napędza siłownik, a przegub musi ten moment przyjąć, zamiast z nim walczyć. To, w jakim stopniu to robi, ustala stopień przekładni, a nie sam silnik.

Przenoszenie ruchu wstecz ustala przełożenie i stopień przekładni

Przełożenie mnoży moment silnika w górę do momentu przegubu i dzieli ruch przegubu w dół do ruchu silnika w tej samej proporcji, i robi to samo z momentem, który człowiek przykłada na wyjściu. Pojedynczy stopień planetarny 64:1 w AK80-64 KV80 jest znacznie trudniejszy do napędzania od strony wyjścia niż stopień 6:1 w AK60-6 V3.0 KV80 albo w AK80-6 KV100, a różnica jest mechaniczna, a nie elektroniczna. Przegub, który trzeba poruszyć ręką, albo który musi ustąpić, gdy pacjent naciska, to przypadek wymagający silnika BLDC z przenoszeniem ruchu wstecz, a przełożenie jest miejscem, w którym rozstrzyga się kompromis między mnożeniem momentu a tą swobodą.

Co odbiera wysokie przełożenie

To samo przełożenie, które mnoży moment, działa przeciwko dwóm innym właściwościom. Podnosi tarcie i luz stopnia, które wyjście musi pokonać, zanim przeniesione zostanie jakiekolwiek obciążenie, i zmienia bezwładność efektywną odczuwaną przez pacjenta w przegubie. Opublikowane wartości luzu w tej grupie mieszczą się między 0.18° w AK80-64 KV80 a 0.3° w AK40-10 V3.0 KV170, AK45-10 V3.0 KV75 i AK70-9 V3.0 KV60, przy czym AK45-36 V3.0 KV80, AKH70-16 V1.0 KV41 i AK80-6 KV100 podają między sobą 0.2° i 0.22°. Luz jest odczuwalny w przegubie jako martwa strefa na początku każdego nawrotu, a w urządzeniu rehabilitacyjnym martwa strefa tej wielkości jest widoczna w ruchu, a nie tylko mierzalna w nim.

Gdzie siłownik leży na ścieżce kontaktu z pacjentem

Argument bezpieczeństwa nie kończy się na siłowniku. Urządzenie, które utrzymuje kończynę, przenosi także limity, zakres zadawania momentu, zatrzymanie awaryjne i mechaniczne ograniczniki krańcowe, a te należą do maszyny, a nie do modułu. Siłownik wnosi to, że można mu zadać ograniczony moment i że nie blokuje się po zdjęciu zadania. Obie te właściwości należą do siłownika zintegrowanego z własnym sterownikiem i obie są powodem, dla którego zamknięty moduł jest często prostszym punktem wyjścia dla przegubu, który ma pozostać podatny, gdy jest do niego przyłączony człowiek.

Sterowanie siłą i pasmo momentu za nim

Terapia wspomagająca jest problemem momentu, zanim staje się problemem położenia. Przegub, który pomaga pacjentowi wykonać ruch, musi dodawać moment proporcjonalnie do tego, co pacjent już robi, a to wymaga siłownika robota rehabilitacyjnego, którego sterownik można zadawać momentem i któremu można zaufać przy małych wartościach.

Sterowanie momentem wymaga oszacowania, na którym sterownik może działać

Zadanie w trybie momentu jest tyle warte, ile warte jest oszacowanie momentu wyjściowego, na którym pracuje sterownik, a to oszacowanie buduje się z prądu fazowego i ze sprzężenia zwrotnego położenia, które niesie siłownik. Zamknięte moduły w tej grupie umieszczają silnik, stopień przekładni i sterownik w jednej obudowie, a rekord podaje układ sprzężenia zwrotnego tam, gdzie go publikuje: AK10-9 V3.0 KV60 i AK70-9 V3.0 KV60 są udokumentowane z dwoma enkoderami, co jest układem wspierającym pętlę momentu, a nie tylko pętlę położenia.

Rozdzielczość w przegubie, a nie w wirniku

Ruch, o jaki prosi terapia, jest mały na wyjściu i większy po stronie silnika, a przełożenie jest mnożnikiem między nimi. Przegub, od którego wymaga się rozróżnienia ułamka stopnia na wyjściu, wymaga od sprzężenia zwrotnego po stronie silnika rozróżnienia tego ułamka pomnożonego przez przełożenie, dlatego siłownik o wysokim przełożeniu nie jest automatycznie tym łatwiejszym do precyzyjnego sterowania. Opublikowane prędkości wyjściowe w tej grupie już to pokazują: ten sam siłownik, który utrzymuje 48 Nm przy 23 rpm w AK80-64 KV80, utrzymuje to na wolnym końcu zakresu, gdzie pętla sterowania ma najwięcej czasu i najmniej sygnału do pracy.

Tryby podatności, impedancji i pomocy zależnej od potrzeby

Sterowanie impedancją, sterowanie admitancją i sprężyste elementy szeregowe są właściwościami warstwy sterowania, a nie pozycjami w rekordzie siłownika, i żadnej z nich nie kupuje się samym modułem. Siłownik musi zapewnić pasmo przenoszenia pozwalające podążać za zadanym momentem oraz niskie tarcie pozwalające, by to zadanie było małe. Przegub, w którym przy niskim momencie dominują tarcie i luz, nie da się uczynić podatnym za pomocą oprogramowania, co jest praktycznym powodem, dla którego przełożenie i luz ważą w doborze rehabilitacyjnym tyle samo co wartość momentu.

Ciągły moment podtrzymania wobec momentu szczytowego w sesji

Dwie wartości momentu na etykiecie siłownika odpowiadają na dwa różne pytania, a obciążenie rehabilitacyjne spędza większość czasu na jednym z nich.

Moment znamionowy to wartość, którą zużywa sesja

Moment znamionowy to największa wartość, jaką producent publikuje dla pracy ciągłej, i to jego zużywa utrzymywana pozycja albo powtarzany wolny ruch. W tej grupie biegnie od 1.3 Nm w AK40-10 V3.0 KV170 do 48 Nm w AK80-64 KV80, a środek zakresu zajmują AK70-9 V3.0 KV60 z 8.5 Nm, AK45-36 V3.0 KV80 z 8 Nm i AK80-6 KV100 z 6 Nm. Przegub, który podpiera kończynę, przeciwstawia się grawitacji w zakresie ruchu albo utrzymuje pozycję wobec rozciągania, pracuje w kolumnie znamionowej przez cały ten okres.

Moment szczytowy obejmuje przejście, a nie utrzymywanie

Moment szczytowy to krótki wypad, a opublikowane prądy szczytowe, które za nim stoją, są kilkukrotnością prądów znamionowych w tym samym rekordzie. AK10-9 V3.0 KV60 podaje 31.9 A szczytowo wobec 10.7 A znamionowo, a AK70-9 V3.0 KV60 podaje 23.8 A szczytowo wobec 6.25 A znamionowo, co stanowi różnicę, której żadne uzwojenie nie wytrzyma długo. Moment szczytowy należy do chwil, gdy ruch rehabilitacyjny zmienia kierunek, przechwytuje kończynę, która zaczęła opadać, albo pochłania nagłą zmianę napięcia mięśniowego. Używanie go jako punktu pracy w sesji przenosi przegub na wartość, której producent nie opublikował dla pracy ciągłej.

Prąd to liczba, która wymiaruje sterownik i pakiet

Siłownik zintegrowany nosi swój sterownik wewnątrz obudowy, ale prąd wciąż musi dopłynąć z pakietu i szyny, które niesie urządzenie, a urządzenie rehabilitacyjne jest często przenośne. Opublikowane prądy znamionowe w tej grupie mieszczą się od 1.9 A w AK45-10 V3.0 KV75 do 10.7 A w AK10-9 V3.0 KV60, a urządzenie z kilkoma przegubami mnoży tę wartość przez liczbę osi, które porusza naraz. Prąd jest więc pomostem między wymaganiem mechanicznym w przegubie a projektem elektrycznym całego urządzenia i z tego powodu warto ustalić go wcześnie.

Zestaw specyfikacji dla przegubów rehabilitacyjnych, od lekkich do obciążonych

Poniższa tabela zbiera dziewięć omawianych tu siłowników w kolumnach, które przesądzają o przegubie rehabilitacyjnym. Każda wartość jest taka, jaką producent publikuje dla danego siłownika.

Przełożenie, moment znamionowy, moment szczytowy, prąd znamionowy, prędkość wyjściowa i masa w brzmieniu opublikowanym przez producenta (CubeMars). Tam, gdzie prędkość wyjściowa podaje dwie wartości, są to punkty pracy przy 24 V i 48 V w tej kolejności. Moment znamionowy jest wartością ciągłą, a moment szczytowy wartością krótkotrwałą. Dane uzwojenia, cieplne i montażowe każdego siłownika znajdują się na stronie produktu producenta.

Czytając w dół kolumny przełożenia, grupa dzieli się na trzy pasma, a nie na dziewięć punktów. Trzy siłowniki pracują przy 10:1 lub niżej na szynie 24 V — AK40-10 V3.0 KV170, AK45-10 V3.0 KV75 i AK60-6 V3.0 KV80 — wszystkie poniżej 4 Nm znamionowo i poniżej 400 g. Trzy pracują przy 9:1 na 48 V — AK70-9 V3.0 KV60, AK10-9 V3.0 KV60 i AK80-6 KV100 przy 6:1 na tej samej szynie — i mieszczą się między 6 Nm a 18 Nm znamionowo. Ostatnie pasmo to dwa siłowniki, które używają długiego stopnia przekładni, aby osiągnąć wysoki moment z małego silnika: AK45-36 V3.0 KV80 przy 36:1 i AK80-64 KV80 przy 64:1, a AKH70-16 V1.0 KV41 przy 16:1 wypełnia lukę powyżej grupy 9:1. Czytając natomiast w poprzek, kolumna prądu znów rozdziela pasma: lekka grupa 10:1 potrzebuje od 1.9 A do 3.8 A, aby utrzymać swój moment, podczas gdy 48 Nm w AK80-64 KV80 kosztuje 7 A, a 18 Nm w AK10-9 V3.0 KV60 kosztuje 10.7 A.

Odczyt zakresu od dłoni i nadgarstka do treningu chodu

Cztery poniższe pasma biegną od najmniejszego przegubu, jaki urządzenie rehabilitacyjne prawdopodobnie napędza, do osi, która niesie chodzącego pacjenta, a każde pasmo określa obciążenie, a nie liczba. Wszystkie dziewięć należą do kategorii Siłowniki robotyczne, a strona Robot rehabilitacyjny jest miejscem, w którym to zastosowanie jest udokumentowane na platformie.

Koniec przy 190 g i 262 g: osie dłoni, nadgarstka i palców

AK40-10 V3.0 KV170 podaje 1.3 Nm znamionowo i 4.1 Nm momentu szczytowego z korpusu o masie 190 g przy 53 mm, a AK45-10 V3.0 KV75 podaje 2.5 Nm znamionowo i 7 Nm momentu szczytowego z 262 g przy tej samej średnicy 53 mm. Oba pracują na szynie 24 V i oba używają stopnia 10:1, i oba są zwymiarowane dla przegubów na końcu kończyny, gdzie masa, którą pacjent musi przenosić w ruchu, obciąża bezpośrednio terapię. Ortoza palca lub nadgarstka, którą trzeba nosić, a nie montować na ramie, to przypadek, dla którego te dwa powstały.

Stopień przy 349 g i 380 g: przeguby łokcia i lekkiej kostki

AK45-36 V3.0 KV80 bierze tę samą małą obudowę i umieszcza za nią stopień 36:1, podając 8 Nm znamionowo i 24 Nm momentu szczytowego przy zaledwie 40 rpm prędkości wyjściowej na 24 V, co jest wartością momentu znacznie powyżej jego klasy masy, kosztem prędkości. AK60-6 V3.0 KV80 zajmuje przeciwną pozycję w tej samej obudowie, podając 3 Nm znamionowo i 9 Nm momentu szczytowego przez stopień 6:1 przy 380 g, z prędkością znamionową 233 rpm na 24 V i 490 rpm na 48 V. Wspomaganie łokcia, które musi szybko przejść przez zakres, oraz przegub kostki, który musi wolno utrzymywać moment, to dwa obciążenia, które je rozdzielają.

Środek przy 485 g i 540 g: wspomaganie barku i kolana

AK80-6 KV100 podaje 6 Nm znamionowo i 12 Nm momentu szczytowego z 485 g przy średnicy 98 mm, z najwyższą prędkością wyjściową w tej grupie wynoszącą 603 rpm, a AK70-9 V3.0 KV60 podaje 8.5 Nm znamionowo i 29.2 Nm momentu szczytowego z 540 g przy 89 mm ze stopniem 9:1 i udokumentowanym układem dwóch enkoderów. Oba znajdują się w skali, w której bark albo kolano można prowadzić przez zakres terapeutyczny, a wybór między nimi sprowadza się do tego, czy przegub potrzebuje prędkości przy umiarkowanym momencie, czy momentu przy umiarkowanej prędkości.

Koniec od 850 g do 940 g: trening chodu i obciążone przeguby

AK80-64 KV80 używa stopnia 64:1, aby podać 48 Nm znamionowo i 120 Nm momentu szczytowego z 850 g, a AKH70-16 V1.0 KV41 podaje 26 Nm znamionowo i 78 Nm momentu szczytowego z 879 g ze stopniem 16:1 i wałem drążonym przez oś. AK10-9 V3.0 KV60 zajmuje szczyt kolumny masy przy 940 g z 18 Nm znamionowo i 53 Nm momentu szczytowego oraz udokumentowanym układem dwóch enkoderów. To osie, które niosą stojącego pacjenta albo poruszają całą kończyną wbrew grawitacji, a stopnie 64:1 i 16:1 są tym, co to umożliwia bez cięższego silnika.

Dwa siłowniki stojące za opublikowanymi badaniami rehabilitacyjnymi

Przegub rehabilitacyjny zwykle projektuje się, zanim istnieje jakiekolwiek opublikowane wdrożenie, na które można wskazać, co sprawia, że udokumentowane przypadki warto czytać uważnie. Jeden z nich jest ujęty w tutejszym rekordzie: system rehabilitacji przy zaniku mięśni z Uniwersytetu w Sherbrooke, przedstawiony przez CubeMars, który używa dwóch siłowników z tego porównania do wytwarzania precyzyjnych ruchów rozciągających.

Te dwie jednostki to AK10-9 V3.0 KV60 przy 18 Nm znamionowo i AK80-64 KV80 przy 48 Nm znamionowo, a para ta trafia w dwa najcięższe pasma z powyższej tabeli, a nie w jeden jej punkt. Powód, dla którego jeden system niesie oba, warto odczytać z wartości: ruch rozciągający potrzebuje momentu, który przegub może utrzymywać bez nagrzewania uzwojenia, i potrzebuje zakresu ruchu, przez który przegub może prowadzić zarówno urządzenie, jak i terapeuta. Wewnątrz jednej maszyny różne osie mogą więc trafiać na różne przełożenia, a jednostka 9:1 i jednostka 64:1 nie są dla siebie alternatywami, lecz dopełnieniami: siłownik robota rehabilitacyjnego wybiera się na oś, a nie na urządzenie.

Dopasowanie siłownika do trybu treningu

Przegub rehabilitacyjny dobiera się wobec trybu terapii, a tryby różnią się tym, jaką część pracy wykonuje siłownik i jak szybko zmienia się obciążenie. W zastosowaniu silnika BLDC do robota rehabilitacyjnego tryb jest lepszym punktem wyjścia niż wartość momentu, ponieważ ustala on, jak pacjent i siłownik dzielą między siebie obciążenie.

Tryb bierny i ciągły ruch bierny

W trybie biernym urządzenie porusza kończyną, a pacjent nie wnosi niczego, więc siłownik niesie całe obciążenie, a obciążenie zmienia się tylko wraz z geometrią ruchu. Wymaganiem jest moment utrzymywany przez czas trwania przejścia, przy prędkości wystarczająco niskiej, by ruch odbierać jako płynny, a wartościami, które o tym decydują, są moment znamionowy i prąd znamionowy siłownika. Przegub zbudowany wyłącznie do ruchu biernego może użyć najdłuższego przełożenia w grupie, ponieważ nic w tym obciążeniu nie wymaga prędkości.

Tryb aktywno-wspomagany i pomoc zależna od potrzeby

W trybie aktywno-wspomaganym pacjent wnosi swój udział, a urządzenie wypełnia lukę, która zmienia się z powtórzenia na powtórzenie. To tryb wymagający sterowania momentem, a nie sterowania położeniem, i to tryb, w którym udokumentowany układ dwóch enkoderów w AK10-9 V3.0 KV60 albo AK70-9 V3.0 KV60 staje się istotny, ponieważ pętla momentu potrzebuje sprzężenia zwrotnego odzwierciedlającego zarówno stronę silnika, jak i wyjście. To także tryb, w którym niskie tarcie i mały luz liczą się najbardziej, ponieważ wspomaganie musi być na tyle małe, aby pozostać poniżej wysiłku pacjenta.

Trening oporowy i siłowy

W trybie oporowym urządzenie przeciwdziała ruchowi, zamiast go wytwarzać, a siłownik pracuje jak programowalny hamulec. Obciążenie jest wciąż ciągłe i przykładane jest w kierunku, w którym pacjent naciska, co stawia przegub w tej części zakresu, gdzie uzwojenie pobiera prąd, a przegub się nie porusza. To prąd znamionowy, a nie prędkość znamionowa, jest wartością ograniczającą to obciążenie, a przełożenie ma tu znaczenie z innego powodu niż w trybie biernym: długi stopień pozwala małemu silnikowi utrzymywać duży moment oporowy, do czego urządzono AK45-36 V3.0 KV80 przy 36:1 i AK80-64 KV80 przy 64:1.

Trening chodu i odciążenie masy ciała

W treningu chodu przegub podąża za cyklem chodu, a nie za pojedynczym zakresem ruchu, a obciążenie zmienia się między fazą podporu, w której przegub utrzymuje, a fazą przenoszenia, w której się porusza. Ta zmienność jest powodem, dla którego oś chodu zwykle trafia na cięższy koniec tabeli: faza utrzymywania potrzebuje wartości znamionowej, a faza przenoszenia wystarczającej prędkości, by nadążyć za kadencją, i obie razem pchają dobór w stronę przełożenia, które kupuje moment bez utraty całej prędkości. AKH70-16 V1.0 KV41 z wałem drążonym przez oś, pozwalającym poprowadzić kable do przegubu powyżej i poniżej niego, oraz AK10-9 V3.0 KV60 z 53 Nm momentu szczytowego to dwa rozwiązania, po które to obciążenie zwykle sięga.

Lista kontrolna doboru

Obciążenie i uzasadnienie bezpieczeństwa

• Zapisać moment ciągły, który przegub musi utrzymywać, oraz czas trwania każdego utrzymania, zanim spojrzy się na jakikolwiek numer modelu.
• Zapisać moment szczytowy, jakiego ruch wymaga przy zmianie kierunku, i trzymać go osobno od wartości utrzymywania.
• Zdecydować, czy przegub ma być poruszany ręką, czy ustępować pod naciskiem pacjenta, i ustalić przełożenie wobec tej odpowiedzi.
• Potwierdzić zakres zadawania momentu i limity, jakie narzuci maszyna, ponieważ należą one do urządzenia, a nie do siłownika.

Mechanika i interfejs pacjenta

• Sprawdzić opublikowaną masę wobec sposobu noszenia urządzenia i rozliczać masę dystalną względem ruchu, a nie względem ramy.
• Sprawdzić opublikowany luz wobec najmniejszego ruchu, jaki terapia musi rozróżnić.
• Sprawdzić opublikowaną średnicę i długość wobec obrysu, jaki dopuszcza kończyna, zanim porówna się wartości momentu.
• Tam, gdzie przewody muszą przechodzić przez przegub, sprawdzić, czy dostępny jest wał drążony przez oś.

Integracja, sprzężenie zwrotne i sterownik

• Potwierdzić układ sprzężenia zwrotnego opublikowany dla siłownika i to, czy wspiera pętlę momentu, a nie tylko pętlę położenia.
• Przeliczyć moment podtrzymania na prąd znamionowy za pomocą opublikowanej wartości, a następnie pomnożyć go przez liczbę osi, które urządzenie porusza naraz.
• Ustalić napięcie szyny na podstawie prędkości, jakiej ruch potrzebuje przy potrzebnym momencie, korzystając z opublikowanej kolumny prędkości wyjściowej.
• Zapytać producenta o rezystancję termiczną i warunek montażu stojące za wartością ciągłą, ponieważ rekord ich nie przenosi.

Najczęściej zadawane pytania

Oficjalne materiały

CubeMars dokumentuje serię AK na własnej stronie, a każdy siłownik w tym porównaniu ma oficjalną stronę z pełną specyfikacją, stopniem przekładni i rysunkiem montażowym. Zakres produktów producenta jest punktem wejścia, a dwie jednostki nazwane w systemie rehabilitacji są udokumentowane osobno: AK10-9 V3.0 KV60 i AK80-64 KV80. Profil producenta Profil producenta CubeMars zbiera ten sam zakres na ToBMS, a dokumentacja produktów w kategoriach platformy jest zgromadzona w sekcji Materiały. Producent pozostaje źródłem prawdy dla wariantów uzwojenia, wartości cieplnych i wariantów sprzężenia zwrotnego; ToBMS utrzymuje warstwę odkrywania i porównywania, a każda wartość użyta w tym poradniku jest opublikowaną wartością przechowywaną w rekordach produktów platformy.

Co dalej

Najbliższym towarzyszem tego poradnika jest Siłowniki egzoszkieletu: trzy siłowniki QDD CubeMars od 260 g do 1.4 kg, który odczytuje to samo obciążenie przegubu dla urządzenia noszonego, a Silniki BLDC do egzoszkieletu: bezramowy silnik momentowy czy zintegrowany siłownik podejmuje wcześniejszą decyzję, czy przegub ma być gołym zestawem stojana i wirnika, czy zamkniętym modułem. Jeśli chodzi o samą klasę siłowników, Siłowniki robotyczne: jak dobrać zintegrowany siłownik do stawów robota przechodzi przez pełny zestaw specyfikacji, a Jak wybrać moduł stawu: pięć siłowników CubeMars od 190 g do 1.4 kg śledzi lekki koniec tego samego zakresu bardziej szczegółowo. Tam, gdzie zastosowanie sąsiaduje z tym, Silniki BLDC do robota humanoidalnego: jak dopasować moment, prędkość i rozmiar i Na co zwrócić uwagę w silniku BLDC do ramienia robota współpracującego obejmują sąsiednie obciążenia.

Aby zawęzić wybór, a nie prowadzić badania, warto zacząć od pełnej kategorii Siłowniki robotyczne, filtrować kandydatów po momencie, przełożeniu i masie w sekcji Dobór, a następnie zestawić je ze sobą w sekcji Porównanie produktów. Tam, gdzie przegub ma być gołym zestawem, a nie zamkniętym modułem, ten koniec zakresu obejmuje kategoria Silniki momentowe bezramowe, a alternatywa direct-drive leży w kategorii Siłowniki QDD. Strona Robot rehabilitacyjny jest punktem wejścia do zastosowania dla tego obciążenia, a sąsiednie strony Moduł stawu, Ramię cobota, Robot humanoidalny i Robot czworonożny obejmują zastosowania dzielące te siłowniki.