Выбор BLDC-двигателя для работы в реабилитационном роботе переворачивает приоритеты, которые определяют большинство подборов двигателя. Движение, которое создаёт терапевтическое устройство, медленное по заданию, а не по ограничению, оно удерживается секундами, а не достигается за миллисекунды, и повторяется на протяжении всего лечебного сеанса, когда на выходе закреплена конечность пациента. Поэтому актуатор в суставе оценивают по моменту, который он способен держать долго, по моменту, которым он может точно управлять на очень низкой скорости, и по тому, какую часть нагрузки пациент способен ощущать через редуктор. Это руководство рассматривает эти три вопроса на девяти актуаторах, представленных сегодня в категории Роботизированные актуаторы, от AK40-10 V3.0 KV170 массой 190 g до AK10-9 V3.0 KV60 массой 940 g, и сопоставляет их с рабочей нагрузкой, которую фактически задаёт сустав Реабилитационные роботы.

Краткий ответ

BLDC-двигатель для работы в реабилитационном роботе выбирают по трём цифрам, с которых не начинается подбор универсального сервопривода. Первая — непрерывный момент в суставе, потому что терапевтическое движение удерживает конечность против силы тяжести секундами и обмотка должна выдержать удержание, а не переходный процесс. Вторая — момент, которым актуатор способен точно управлять на тех скоростях, которые использует терапия и которые лежат намного ниже опубликованной величины без нагрузки. Третья — передаточное отношение, потому что отношение определяет и то, какой момент есть у сустава при данном двигателе, и то, какая часть нагрузки доходит до пациента через выход. По девяти собранным здесь актуаторам номинальный момент идёт от 1.3 Nm у AK40-10 V3.0 KV170 до 48 Nm у AK80-64 KV80, масса — от 190 g до 940 g, а передаточное отношение охватывает от 6:1 до 64:1. Именно разброс отношений, а не разброс моментов, отличает лёгкий вспомогательный сустав от нагруженной оси для тренировки походки.

Что должен обеспечивать BLDC-двигатель для реабилитационного робота

Рабочая нагрузка, которую задаёт реабилитационный сустав, узка по скорости и длительна по времени, и она приходит с человеком, закреплённым на выходе. Из этого следуют три свойства, и именно они отличают BLDC-двигатель для сустава реабилитационного робота от двигателя, выбранного для робота того же класса момента.

Терапевтическое движение медленное по своей природе

Терапевтическое движение описывают в градусах амплитуды и секундах длительности, а не в оборотах в минуту. Колено или локоть, проведённые через свою амплитуду за несколько секунд, — это сустав, поворачивающийся на десятки градусов в секунду, а за ступенью 9:1 это двигатель, вращающийся на несколько сотен rpm. Опубликованные скорости без нагрузки у актуаторов этой группы достигают 800 rpm у AK80-6 KV100, что намного выше любой рабочей точки, которую требует терапевтическое движение, поэтому подбор не упирается в потолок скорости. Он упирается в противоположный конец кривой, где полезные вопросы — насколько равномерно актуатор отдаёт момент на низкой скорости и насколько точно обратная связь разрешает малый угол.

Нагрузка — это человеческая конечность, и она меняется по ходу движения

В отличие от сустава робота, несущего фиксированную полезную нагрузку, реабилитационный сустав несёт конечность, эффективная нагрузка которой меняется с геометрией движения и с тем, какую долю вносит пациент. Пациент, который помогает, уменьшает момент, который должен подавать актуатор; пациент, который сопротивляется или у которого мышечный тонус растёт во время растяжения, увеличивает его в момент, который контроллер не планировал. Поэтому опубликованный номинальный момент — это нижняя граница для расчёта, а не описание худшего случая, а опубликованный пиковый момент — это резерв, который поглощает неожиданное. Эти две величины имеют в этой группе разный разброс: AK80-6 KV100 публикует 12 Nm пикового момента против 6 Nm номинального, тогда как AK10-9 V3.0 KV60 публикует 53 Nm пикового против 18 Nm номинального, а AK80-64 KV80 публикует 120 Nm пикового против 48 Nm номинального.

Три величины, которые несут требование

Сведённые к самому малому набору, три опубликованные величины несут большую часть выбора для реабилитации. Номинальный момент — это непрерывная величина, и её расходует удерживаемая поза. Передаточное отношение задаёт и то, какой момент видит сустав, и то, насколько прозрачным сустав ощущается для пациента. Непрерывный ток — это электрический счёт за обоих, и он определяет драйвер и батарею, которые перемещаются вместе с устройством. Всё остальное в спецификации, от диаметра до числа полюсов, — это ограничение на то, чтобы уместить эти три величины в изделии.

Низкая скорость и высокий удерживающий момент в рабочем цикле реабилитации

Скорость — это то, где подбор BLDC-двигателя для реабилитационного робота расходится дальше всего с любым другим применением робота, и именно её первым делом фиксирует нагрузка Реабилитационные роботы. Рабочая точка не быстрая, а момент в этой точке удерживается долго, что превращает две опубликованные величины в центр подбора.

Рабочий момент находится в нижней части диапазона скоростей

Столбец номинальной скорости в таблице ниже идёт от 23 rpm на шине 24 V у AK80-64 KV80 до 603 rpm у AK80-6 KV100, и терапевтический сустав, который медленно проходит амплитуду движения, проводит своё время заметно ниже всех них. Актуаторы с низкой скоростью в этой группе — не компромисс для такой нагрузки; низкая скорость и есть замысел. Ступень 36:1 у AK45-36 V3.0 KV80 даёт 40 rpm на выходе на шине 24 V, а ступень 64:1 у AK80-64 KV80 даёт 23 rpm, и обе лежат внутри диапазона, который покрывает терапевтическое движение без дополнительной редукции.

Удержание конечности против силы тяжести — это непрерывный момент

Поза, удерживаемая против силы тяжести, потребляет ток непрерывно, а ток — это тепло. В реабилитационном устройстве удержание — не пауза между движениями; на аппарате непрерывного пассивного движения или на установке статического растяжения оно занимает большую часть сеанса. Поэтому управляющая величина — это номинальный момент, и читать его следует вместе с опубликованным номинальным током, который с ним идёт. AK80-64 KV80 публикует 48 Nm номинального момента при 7 A, тогда как AK10-9 V3.0 KV60 публикует 18 Nm номинального при 10.7 A. Первый держит более чем вдвое больший момент при меньшем токе, и причина лежит в отношении между ними, а не в самих двигателях.

Повторяемость задаёт тепловую нагрузку, а не пик

Лечебный сеанс повторяет одно и то же движение много раз, и тепловое состояние обмотки в начале каждого повторения определяется предыдущим. Непрерывный номинал — это тепловое утверждение, и оно сделано для условий монтажа, которые запись актуатора несёт не полностью. Внутри устройства с собственным корпусом и собственным тепловым путём вопрос о том, какая часть этого номинала сохраняется, — вопрос к производителю, и он находится в начале списка требований, когда от сустава ожидают удержания высокого момента на протяжении большой части сеанса.

Почему безопасный сустав должен оставаться обратимым под нагрузкой

Реабилитационный сустав делит свой выход с человеком. Терапевт, ведущий конечность рукой, или пациент, пытающийся выполнить движение без помощи, прикладывает момент к тому же валу, который приводит актуатор, и сустав должен принять этот момент, а не бороться с ним. Насколько далеко он это делает, задаёт ступень редукции, а не двигатель сам по себе.

Обратимость задаётся отношением и ступенью

Передаточное отношение умножает момент двигателя до момента сустава и делит движение сустава до движения двигателя в той же пропорции, и то же самое оно делает с моментом, который человек прикладывает на выходе. Одна планетарная ступень 64:1 у AK80-64 KV80 проворачивается со стороны выхода намного тяжелее, чем ступень 6:1 у AK60-6 V3.0 KV80 или у AK80-6 KV100, и разница здесь механическая, а не электронная. Сустав, который приходится двигать рукой или который должен уступать, когда пациент толкает против него, — это случай, требующий обратимого BLDC-двигателя, и именно отношение является местом, где заключается компромисс между умножением момента и этой свободой.

Что забирает высокое передаточное отношение

То же отношение, что умножает момент, работает против двух других свойств. Оно повышает трение и люфт ступени, которые выход должен преодолеть прежде, чем передастся какая-либо нагрузка, и меняет эффективную инерцию, которую пациент ощущает в суставе. Опубликованные значения люфта в этой группе лежат между 0.18° у AK80-64 KV80 и 0.3° у AK40-10 V3.0 KV170, AK45-10 V3.0 KV75 и AK70-9 V3.0 KV60, тогда как AK45-36 V3.0 KV80, AKH70-16 V1.0 KV41 и AK80-6 KV100 публикуют между собой 0.2° и 0.22°. Люфт ощущается в суставе как мёртвая зона в начале каждого реверса, и в реабилитационном устройстве мёртвая зона такого размера видна в движении, а не только измерима в нём.

Где актуатор находится в пути контакта с пациентом

Аргумент безопасности не заканчивается на актуаторе. Устройство, которое удерживает конечность, несёт ещё ограничения, диапазон команды момента, аварийный останов и механические концевые упоры, и они относятся к машине, а не к модулю. Вклад актуатора в том, что им можно командовать в пределах ограниченного момента и что он не блокируется, когда команда снимается. И то, и другое — свойства интегрированного актуатора с собственным драйвером, и оба являются причиной, по которой герметичный модуль часто оказывается более простой отправной точкой для сустава, который должен оставаться податливым, пока к нему прикреплён человек.

Управление усилием и моментный диапазон за ним

Вспомогательная терапия — это задача о моменте прежде, чем задача о положении. Сустав, который помогает пациенту завершить движение, должен добавлять момент пропорционально тому, что пациент уже делает, а для этого нужен актуатор реабилитационного робота, драйвер которого можно командовать по моменту и которому можно доверять на малых значениях.

Управление моментом требует оценки, на которую драйвер может опереться

Команда в режиме момента хороша ровно настолько, насколько хороша оценка выходного момента, из которой работает драйвер, а эта оценка строится из фазного тока и из обратной связи по положению, которую несёт актуатор. Герметичные модули в этой группе помещают двигатель, ступень редукции и драйвер в один корпус, и запись указывает схему обратной связи там, где она её публикует: AK10-9 V3.0 KV60 и AK70-9 V3.0 KV60 оба документированы с двойными энкодерами, а это и есть схема, поддерживающая контур момента, а не только контур положения.

Разрешение в суставе, а не на роторе

Движение, которое запрашивает терапия, мало на выходе и больше на стороне двигателя, и передаточное отношение — это множитель между ними. Сустав, от которого требуется разрешать долю градуса на выходе, требует от обратной связи на стороне двигателя разрешать эту долю, умноженную на отношение, поэтому актуатор с высоким отношением не становится автоматически более простым в тонком управлении. Опубликованные выходные скорости в этой группе уже показывают суть: тот же актуатор, который держит 48 Nm при 23 rpm у AK80-64 KV80, держит их на медленном конце диапазона, где у контура управления больше всего времени и меньше всего сигнала.

Податливость, импеданс и режимы помощи по мере необходимости

Импедансное управление, адмиттансное управление и упругие элементы последовательности — это свойства слоя управления, а не строки в записи актуатора, и ни одно из них не покупается одним модулем. Актуатор должен обеспечить полосу пропускания, чтобы следовать команде момента, и низкое трение, чтобы эта команда могла быть малой. Сустав, в котором трение и люфт доминируют при малом моменте, нельзя сделать податливым программно, и это практическая причина, по которой отношение и значения люфта весят в реабилитационном подборе столько же, сколько и величина момента.

Непрерывный удерживающий момент против пикового за сеанс

Две величины момента на этикетке актуатора отвечают на два разных вопроса, и реабилитационная нагрузка проводит большую часть времени на одной из них.

Номинальный момент — это величина, которую расходует сеанс

Номинальный момент — наибольшая величина, которую производитель публикует для непрерывной работы, и именно её расходует удерживаемая поза или повторяемое медленное движение. В этой группе он идёт от 1.3 Nm у AK40-10 V3.0 KV170 до 48 Nm у AK80-64 KV80, а середину диапазона занимают AK70-9 V3.0 KV60 с 8.5 Nm, AK45-36 V3.0 KV80 с 8 Nm и AK80-6 KV100 с 6 Nm. Сустав, который поддерживает конечность, сопротивляется силе тяжести по всей амплитуде движения или удерживает положение против растяжения, работает в столбце номинального момента весь этот период.

Пиковый момент покрывает переход, а не удержание

Пиковый момент — это короткий выход, и опубликованные пиковые токи за ним в несколько раз превышают номинальные токи в той же записи. AK10-9 V3.0 KV60 публикует 31.9 A пикового против 10.7 A номинального, а AK70-9 V3.0 KV60 публикует 23.8 A пикового против 6.25 A номинального, и такую разницу никакая обмотка не выдерживает долго. Пиковый момент принадлежит моментам, когда реабилитационное движение меняет направление, подхватывает конечность, которая начала падать, или поглощает резкое изменение мышечного тонуса. Использование его как рабочей точки внутри сеанса переводит сустав на номинал, который производитель не публиковал для непрерывной работы.

Ток — это число, по которому выбирают драйвер и батарею

Интегрированный актуатор несёт драйвер внутри корпуса, но ток всё равно должен прийти от батареи и шины, которые несёт устройство, а реабилитационное устройство часто портативно. Опубликованные номинальные токи в этой группе идут от 1.9 A у AK45-10 V3.0 KV75 до 10.7 A у AK10-9 V3.0 KV60, и устройство с несколькими суставами умножает эту величину на число осей, которые оно двигает одновременно. Поэтому ток — это мост между механическим требованием в суставе и электрическим проектированием всего устройства, и по этой причине его стоит фиксировать рано.

Набор характеристик для реабилитационных суставов, от лёгких до нагруженных

Таблица ниже собирает девять обсуждаемых здесь актуаторов по столбцам, которые определяют реабилитационный сустав. Каждое значение — это величина, которую производитель публикует для этого актуатора.

МодельПередаточное отношениеНоминальный моментПиковый моментНоминальный токВыходная скоростьМасса
AK40-10 V3.0 KV17010:11.3 Nm4.1 Nm2.7 A370 rpm190 g
AK45-10 V3.0 KV7510:12.5 Nm7 Nm1.9 A120 rpm262 g
AK45-36 V3.0 KV8036:18 Nm24 Nm2 A40 rpm349 g
AK60-6 V3.0 KV806:13 Nm9 Nm3.8 A233 / 490 rpm380 g
AK80-6 KV1006:16 Nm12 Nm9.7 A603 rpm485 g
AK70-9 V3.0 KV609:18.5 Nm29.2 Nm6.25 A260 rpm540 g
AK80-64 KV8064:148 Nm120 Nm7 A23 / 48 rpm850 g
AKH70-16 V1.0 KV4116:126 Nm78 Nm6.5 A90 rpm879 g
AK10-9 V3.0 KV609:118 Nm53 Nm10.7 A235 rpm940 g

Передаточное отношение, номинальный момент, пиковый момент, номинальный ток, выходная скорость и масса — как опубликовано производителем (CubeMars). Там, где выходная скорость несёт два значения, это рабочие точки 24 V и 48 V в указанном порядке. Номинальный момент — это непрерывная величина, а пиковый момент — кратковременная. Данные об обмотке, тепловые и монтажные данные для каждого актуатора приведены на его странице товара у производителя.

Читая вниз по столбцу отношений, группа делится на три полосы, а не на девять точек. Три актуатора работают на 10:1 или ниже на шине 24 V — AK40-10 V3.0 KV170, AK45-10 V3.0 KV75 и AK60-6 V3.0 KV80, все они ниже 4 Nm номинального момента и ниже 400 g. Три работают на 9:1 при 48 V — AK70-9 V3.0 KV60, AK10-9 V3.0 KV60 и AK80-6 KV100 на 6:1 на той же шине, и они лежат между 6 Nm и 18 Nm номинального момента. Последняя полоса — это два актуатора, которые используют длинную ступень редукции, чтобы получить высокий момент от небольшого двигателя: AK45-36 V3.0 KV80 на 36:1 и AK80-64 KV80 на 64:1, причём AKH70-16 V1.0 KV41 на 16:1 заполняет промежуток выше группы 9:1. Если читать поперёк, столбец тока снова разделяет полосы: лёгкой группе 10:1 нужно от 1.9 A до 3.8 A, чтобы держать свой момент, тогда как 48 Nm у AK80-64 KV80 стоят 7 A, а 18 Nm у AK10-9 V3.0 KV60 стоят 10.7 A.

Чтение линейки от кисти и запястья до тренировки походки

Четыре полосы ниже идут от самого маленького сустава, который реабилитационное устройство вероятно будет приводить, до оси, которая несёт идущего пациента, и каждая полоса определяется нагрузкой, а не числом. Все девять находятся в категории Роботизированные актуаторы, а страница Реабилитационные роботы — это место, где это применение задокументировано на платформе.

Конец 190 g и 262 g: оси кисти, запястья и пальцев

AK40-10 V3.0 KV170 публикует 1.3 Nm номинального и 4.1 Nm пикового момента в корпусе 190 g при 53 mm, а AK45-10 V3.0 KV75 публикует 2.5 Nm номинального и 7 Nm пикового в корпусе 262 g при том же диаметре 53 mm. Оба работают на шине 24 V и оба используют ступень 10:1, и оба рассчитаны на суставы на конце конечности, где масса, которую пациенту приходится нести на протяжении движения, списывается прямо против терапии. Палец или ортез запястья, который нужно носить, а не монтировать на станину, — это случай, для которого построены эти два.

Ступень 349 g и 380 g: локтевые и лёгкие голеностопные суставы

AK45-36 V3.0 KV80 берёт тот же небольшой корпус и ставит за ним ступень 36:1, публикуя 8 Nm номинального и 24 Nm пикового при выходной скорости всего 40 rpm на 24 V, что является величиной момента намного выше своего класса массы ценой скорости. AK60-6 V3.0 KV80 занимает противоположную позицию в том же корпусе, публикуя 3 Nm номинального и 9 Nm пикового через ступень 6:1 при 380 g, с номинальной скоростью 233 rpm на 24 V и 490 rpm на 48 V. Помощь локтю, которой нужно двигаться быстро по амплитуде, и голеностопный сустав, которому нужно медленно держать момент, — это две нагрузки, которые их разделяют.

Середина 485 g и 540 g: помощь плечу и колену

AK80-6 KV100 публикует 6 Nm номинального и 12 Nm пикового в корпусе 485 g при диаметре 98 mm, с самой высокой выходной скоростью в этой группе — 603 rpm, а AK70-9 V3.0 KV60 публикует 8.5 Nm номинального и 29.2 Nm пикового в корпусе 540 g при 89 mm со ступенью 9:1 и документированной схемой с двойным энкодером. Оба находятся в масштабе, где плечо или колено можно провести через терапевтическую амплитуду, и выбор между ними сводится к тому, нужен ли суставу ход при умеренном моменте или момент при умеренной скорости.

Конец от 850 g до 940 g: тренировка походки и нагруженные суставы

AK80-64 KV80 использует ступень 64:1, чтобы публиковать 48 Nm номинального и 120 Nm пикового в корпусе 850 g, а AKH70-16 V1.0 KV41 публикует 26 Nm номинального и 78 Nm пикового в корпусе 879 g со ступенью 16:1 и полым валом через ось. AK10-9 V3.0 KV60 стоит во главе столбца массы с 940 g, 18 Nm номинального и 53 Nm пикового и документированной схемой с двойным энкодером. Это оси, которые несут стоящего пациента или двигают целую конечность против силы тяжести, и именно ступени 64:1 и 16:1 делают это возможным без более тяжёлого двигателя.

Два актуатора за опубликованными исследованиями в реабилитации

Реабилитационный сустав обычно задают до того, как появится какое-либо опубликованное внедрение, на которое можно указать, поэтому документированные случаи стоит читать внимательно. Один из них содержится в записи здесь: система реабилитации при мышечной атрофии из Université de Sherbrooke, показанная CubeMars, которая использует два из актуаторов этого сравнения для точных растягивающих движений.

00:51Актуаторы AK10-9 и AK80-64 в системе реабилитации при мышечной атрофии, от производителя

CubeMars показывает систему Sherbrooke, использующую два актуатора серии AK для точных растягивающих движений у пациентов с мышечной атрофией. Это самая ясная опубликованная иллюстрация того, как два конца линейки, которую охватывает это руководство, используются для одной и той же клинической цели.

Страница видео на ToBMSСмотреть на YouTube

Два изделия — это AK10-9 V3.0 KV60 с 18 Nm номинального момента и AK80-64 KV80 с 48 Nm номинального, и пара ложится на две самые тяжёлые полосы таблицы выше, а не на одну точку в ней. Причину, по которой одна система несёт оба, стоит вычитать из цифр: растягивающему движению нужен момент, который сустав может держать без нагрева обмотки, и нужна амплитуда движения, через которую сустав можно провести устройством и терапевтом. Внутри одной машины разные оси поэтому могут попадать на разные отношения, и изделие 9:1 и изделие 64:1 — не альтернативы друг другу, а дополнения: актуатор реабилитационного робота выбирают на ось, а не на устройство.

Согласование актуатора с режимом тренировки

Реабилитационный сустав задают под режим терапии, и режимы различаются тем, какую часть работы выполняет актуатор и насколько быстро меняется нагрузка. Для применения BLDC-двигателя в реабилитационном роботе режим — лучшая отправная точка, чем величина момента, потому что он фиксирует, как пациент и актуатор делят нагрузку.

Пассивный и непрерывный пассивный режим движения

В пассивном режиме устройство двигает конечность, а пациент не вносит ничего, поэтому актуатор несёт всю нагрузку, и нагрузка меняется только с геометрией движения. Требование — момент, удерживаемый на протяжении всего прохода, на скорости достаточно низкой, чтобы движение читалось как плавное, и величины, которые это определяют, — номинальный момент и номинальный ток актуатора. Сустав, построенный только для пассивного движения, может использовать самое длинное отношение в группе, потому что ничто в нагрузке не требует скорости.

Активно-вспомогательный и помощь по мере необходимости

В активно-вспомогательном режиме пациент вносит вклад, а устройство заполняет промежуток, и этот промежуток меняется от повторения к повторению. Это режим, который требует управления моментом, а не управления положением, и это режим, где становится релевантной документированная схема с двойным энкодером у AK10-9 V3.0 KV60 или AK70-9 V3.0 KV60, потому что контур момента нуждается в обратной связи, отражающей и сторону двигателя, и выход. Это также режим, где низкое трение и низкий люфт важнее всего, поскольку помощь должна быть достаточно малой, чтобы оставаться ниже собственного усилия пациента.

Сопротивление и силовая тренировка

В режиме сопротивления устройство противодействует движению, а не создаёт его, и актуатор работает как программируемый тормоз. Нагрузка по-прежнему непрерывна, и она приложена в направлении, в котором толкает пациент, что ставит сустав в ту часть его диапазона, где обмотка потребляет ток без движения сустава. Номинальный ток, а не номинальная скорость, — это величина, которая ограничивает эту нагрузку, и отношение важно по другой причине, чем в пассивном режиме: длинная ступень позволяет небольшому двигателю держать большой момент сопротивления, и именно для этого устроены AK45-36 V3.0 KV80 на 36:1 и AK80-64 KV80 на 64:1.

Тренировка походки и поддержка массы тела

В тренировке походки сустав следует за циклом ходьбы, а не за одной амплитудой движения, и нагрузка чередуется между фазой опоры, где сустав держит, и фазой переноса, где он движется. Это чередование и есть причина, по которой ось походки обычно попадает в тяжёлый конец таблицы: фазе удержания нужна номинальная величина, а фазе переноса нужна достаточная скорость, чтобы поспевать за каденцией, и вместе они подталкивают выбор к отношению, которое покупает момент, не теряя всей скорости. AKH70-16 V1.0 KV41 с полым валом через ось для прокладки кабеля к суставу выше и ниже него и AK10-9 V3.0 KV60 с 53 Nm пикового момента — это две схемы, к которым эта нагрузка обычно тянется.

Контрольный список подбора

Нагрузка и обоснование безопасности

  • Запишите непрерывный момент, который сустав должен держать, и длительность каждого удержания, прежде чем смотреть на любой номер модели.
  • Запишите пиковый момент, который нужен движению при смене направления, и держите его отдельно от величины удержания.
  • Решите, должен ли сустав двигаться рукой или уступать под толчком пациента, и зафиксируйте передаточное отношение исходя из этого ответа.
  • Подтвердите диапазон команды момента и ограничения, которые наложит машина, поскольку они относятся к устройству, а не к актуатору.

Механика и интерфейс пациента

  • Проверьте опубликованную массу против того, как несут устройство, и списывайте дистальную массу против движения, а не против станины.
  • Проверьте опубликованный люфт против самого малого движения, которое должна разрешать терапия.
  • Проверьте опубликованный диаметр и длину против корпуса, который допускает конечность, прежде чем сравнивать величины момента.
  • Там, где проводники должны пересекать сустав, проверьте, доступен ли полый вал через ось.

Интеграция, обратная связь и драйвер

  • Подтвердите схему обратной связи, опубликованную для актуатора, и поддерживает ли она контур момента, а не только контур положения.
  • Переведите удерживающий момент в номинальный ток по опубликованной величине, затем умножьте его на число осей, которые устройство двигает одновременно.
  • Зафиксируйте напряжение шины исходя из скорости, которая нужна движению при нужном моменте, используя опубликованный столбец выходной скорости.
  • Запросите у производителя тепловое сопротивление и условия монтажа за непрерывным номиналом, поскольку запись их не несёт.

Частые вопросы

QМожет ли реабилитационный сустав удерживать конечность на номинальном моменте весь сеанс?

Опубликованная запись разделяет номинальный и пиковый момент именно по этой причине. Номинальный момент — это непрерывная величина, и её расходует удерживаемая поза; пиковый момент — короткий выход. В этой группе пиковая величина идёт с пиковым током, в несколько раз превышающим номинальный, например 31.9 A против 10.7 A у AK10-9 V3.0 KV60 и 23.8 A против 6.25 A у AK70-9 V3.0 KV60, и обмотка не может выдерживать такую разницу. Сеанс относится к столбцу номинального момента, а длительность, в течение которой его можно выдерживать, зависит от монтажа и корпуса, а это вопросы устройства, а не актуатора.

QДелает ли более высокое передаточное отношение реабилитационный сустав безопаснее?

Оно покупает момент и расходует прозрачность. То же отношение, что превращает небольшой двигатель в сустав на 48 Nm у AK80-64 KV80, делает сустав и тяжелее проворачиваемым со стороны выхода, а это свойство важно, когда терапевт ведёт конечность рукой или пациент толкает против устройства. Опубликованные значения люфта движутся в том же направлении тонким образом, а не по прямой: 0.3° у AK40-10 V3.0 KV170 на 10:1 и 0.18° у AK80-64 KV80 на 64:1, поэтому длинная ступень не обязательно более свободная. Это компромисс, а не ранжирование.

QКакая обратная связь нужна реабилитационному актуатору в суставе?

Это зависит от режима терапии. Суставу на BLDC-двигателе для реабилитационного робота, который только выполняет запрограммированный проход на низкой скорости, нужна обратная связь по положению, достаточно точная, чтобы движение было плавным. Сустав, который помогает пациенту, должен вести контур момента, а этот контур строится из фазного тока вместе с обратной связью по положению и со стороны двигателя, и с выхода. Запись указывает схему там, где она её публикует, и AK10-9 V3.0 KV60 и AK70-9 V3.0 KV60 документированы с двойными энкодерами именно по этой причине.

QКакую массу актуатора может нести носимое реабилитационное устройство?

Опубликованного предела нет, и полезный способ прочесть этот вопрос — относительно того, где находится масса. В этой группе малый конец начинается с 190 g у AK40-10 V3.0 KV170 и 262 g у AK45-10 V3.0 KV75, оба при диаметре 53 mm, а тяжёлый конец достигает 940 g у AK10-9 V3.0 KV60. Сустав на кисти или запястье платит за собственную массу в каждом движении, которое делает пациент, тогда как сустав на плече или бедре ближе к фиксированной станине. Опубликованные столбцы момента и массы, прочитанные вместе, и есть практическое сравнение, а передаточное отношение объясняет, почему два актуатора схожей массы могут держать очень разные моменты.

Официальные источники

CubeMars документирует серию AK на своём сайте, и у каждого актуатора в этом сравнении есть официальная страница с полной спецификацией, ступенью редукции и монтажным чертежом. ассортимент производителя — это точка входа, и два изделия, названные в системе реабилитации, документированы отдельно: AK10-9 V3.0 KV60 и AK80-64 KV80. профиль производителя CubeMars собирает ту же линейку на ToBMS, а документация по товарам в категориях платформы собрана в разделе Технические материалы. Производитель остаётся источником истины по вариантам обмотки, тепловым номиналам и вариантам обратной связи; ToBMS сохраняет слой поиска и сравнения, и каждая величина, использованная в этом руководстве, — это опубликованное значение, хранящееся в товарных записях платформы.

Куда двигаться дальше

Ближайший спутник этого руководства — Актуаторы для экзоскелетов: три модуля CubeMars QDD от 260 г до 1.4 кг, который читает ту же суставную нагрузку для носимого устройства, а BLDC-двигатели для экзоскелета: бескорпусный моментный мотор против интегрированного актуатора берётся за более раннее решение о том, должен ли сустав быть бескорпусным комплектом статора и ротора или герметичным модулем. Для самого класса актуаторов Роботизированные актуаторы: выбор интегрированного актуатора для шарниров разбирает полный набор характеристик, а Как выбрать модуль сустава: пять актуаторов CubeMars от 190 г до 1.4 кг подробнее следует за лёгким концом той же линейки. Там, где применение соседствует с этим, BLDC-двигатели для гуманоидного робота: как согласовать момент, скорость и габарит и Что искать в BLDC-двигателе для коллаборативной роботизированной руки охватывают соседние нагрузки.

Чтобы перейти к короткому списку, а не к исследованию, начните с полной категории Роботизированные актуаторы, отфильтруйте кандидатов по моменту, отношению и массе в разделе Подбор, затем сопоставьте их друг с другом в разделе Сравнение продуктов. Там, где сустав должен быть бескорпусным комплектом, а не герметичным модулем, категория Безрамные моментные двигатели несёт этот конец линейки, а альтернатива прямого привода находится в разделе Актуаторы квазипрямого привода. Страница Реабилитационные роботы — это точка входа по применению для этой нагрузки, а соседние страницы Модули суставов, Руки коллаборативных роботов, Гуманоидные роботы и Четвероногие роботы охватывают применения, которые используют эти актуаторы.