Bộ truyền động cho bộ xương ngoài: ba bộ truyền động CubeMars QDD từ 260 g đến 1.4 kg

Bộ truyền động của một bộ xương ngoài phải đáp ứng một đề bài khó hơn so với một khớp robot thông thường. Nó phải mang theo nguồn năng lượng của chính mình, nó nằm bên cạnh một con người thay vì bên trong khung máy, và nó phải giữ được khả năng di chuyển an toàn ngay cả khi pin đã cạn. Việc chọn một bộ như vậy hiếm khi xoay quanh con số mô-men lớn nhất trên trang. Vấn đề là một chi đang được yêu cầu mang bao nhiêu khối lượng, khớp có thể giữ liên tục bao nhiêu mô-men mà không tự làm nóng mình, người đeo có thể dẫn động khớp theo chiều ngược lại dễ đến đâu, và chu kỳ dáng đi thực sự đòi hỏi bao nhiêu tốc độ. Hướng dẫn này đi qua ba mô-đun CubeMars trải từ 260 g đến 1.4 kg và từ 12.5 Nm đến 170 Nm mô-men đỉnh, đồng thời giải thích thông số nào quyết định lựa chọn ở từng vị trí khớp.

Ba bộ dưới đây chia sẻ cùng một kiến trúc - một động cơ BLDC dẫn động tầng hành tinh dưới điều khiển định hướng trường - và cả ba đều dùng cùng tỷ số giảm tốc 8:1. Điều phân biệt chúng là điện áp nguồn, kích thước bao và cấp mô-men, và những khác biệt đó ánh xạ lên hông, đầu gối và mắt cá chân - chỉ có điện áp bus là dùng chung cho hai trong ba bộ. Mọi số liệu trong bài viết này đều đến từ hồ sơ sản phẩm ToBMS hoặc tài liệu thông số đã công bố của nhà sản xuất, ngoại trừ các quy đổi đơn vị, vốn được ghi nhãn là giá trị dẫn xuất ở nơi chúng xuất hiện; không có gì ở đây được ước lượng, và khi một giá trị không được ghi nhận thì nó được đánh dấu là thiếu thay vì được điền vào.

Trả lời nhanh

Với hầu hết thiết kế chi dưới, quyết định đi theo vị trí khớp chứ không theo một bảng xếp hạng đơn lẻ nào. CubeMars AKE60-8 KV80 Bộ truyền động gần như trực tiếp, với 260 g và mô-men đỉnh 12.5 Nm, phù hợp với mắt cá chân và những khớp xa khác, nơi khối lượng tăng thêm được cảm nhận ở từng bước. CubeMars AKE80-8 KV30 Bộ truyền động gần như trực tiếp, với 570 g và mô-men đỉnh 30 Nm, là điểm khởi đầu thông thường cho một khớp đầu gối. CubeMars AKE90-8 KV35 Bộ truyền động gần như trực tiếp, với 1.4 kg và mô-men đỉnh 170 Nm, là bộ duy nhất trong ba bộ được định cỡ cho một khớp hông đỡ trực tiếp trọng lượng cơ thể.

Cả ba đều thuộc nhóm Bộ truyền động gần như trực tiếp, và điều đó không phải ngẫu nhiên. Một tỷ số giảm tốc thấp giữ quán tính phản hồi ở mức nhỏ, để hộp giảm tốc tương đối dễ được dẫn động từ phía đầu ra, và cho phép khớp chuyển động khi bộ điều khiển không tác dụng mô-men nào cả. Ba đặc tính đó có ý nghĩa lớn hơn nhiều khi tải gắn vào là một con người so với khi đó là một khâu robot, đó là lý do thiết kế tỷ số thấp liên tục xuất hiện trong các ứng dụng đeo được ngay cả khi một bộ tỷ số cao sẽ nhỏ gọn hơn với cùng mức mô-men.

Điều gì làm nên một bộ truyền động cho bộ xương ngoài (exoskeleton)

Phần cứng không có gì xa lạ hay quá đặc biệt. Điều thay đổi khi một khớp được đeo trên người thay vì được gắn cố định lên máy là tập hợp các yêu cầu đang chi phối toàn bộ bài toán đánh đổi thiết kế.

Đường truyền tải đi xuyên qua một con người

Một khớp robot khi hỏng thì làm hỏng các chi tiết máy. Một khớp đeo trên người khi hỏng thì hỏng vào chính cơ thể. Mọi quyết định - giới hạn mô-men, giới hạn tốc độ, điều gì xảy ra khi mất nguồn, cơ cấu phản ứng thế nào trước một cú đẩy bất ngờ - đều phải trụ được khi tiếp xúc với một người không thể được kỳ vọng là đã đọc bảng thông số trước. Trên thực tế, điều này đẩy ba yêu cầu lên đầu danh sách: thiết bị phải đủ khả năng dẫn động ngược để người đeo có thể tự di chuyển nó mà không cần trợ giúp, nó không được kẹp giữ một chi nếu mất kiểm soát, và nó phải hành xử có thể dự đoán được khi nguồn điện bị ngắt giữa lúc đang bước.

Khối lượng được cảm nhận ở chi, không phải đọc trên trang giấy

Khối lượng là thông số duy nhất mang một hình phạt phi tuyến trong các ứng dụng đeo được. Thêm 400 g mang ở hông phần lớn được thân người đỡ; cũng 400 g đó đặt ở phía xa đầu gối thì phải được tăng tốc và giảm tốc hàng nghìn lần mỗi giờ, và các nghiên cứu đã công bố về đi bộ có tải liên tục gắn khối lượng ở phần xa với mức tăng chi phí trao đổi chất có thể đo được. Đây là lý do các thiết kế đeo được thường theo đuổi mật độ mô-men thay vì mô-men tuyệt đối, và là lý do bộ nhẹ nhất trong một dải thường được chọn cho khớp xa cơ thể nhất ngay cả khi một bộ nặng hơn sẽ dễ bố trí hơn.

Truyền động trong suốt và khả năng dẫn động ngược

Độ trong suốt mô-men - mức độ chính xác mà mô-men đầu ra bám theo dòng điện được yêu cầu - là thứ khiến các chiến lược điều khiển hỗ trợ theo nhu cầu trở nên khả thi. Nó phụ thuộc vào quán tính phản hồi, ma sát trong tầng giảm tốc, và việc đầu ra nhìn thấy bao nhiêu phần quán tính của chính động cơ. Một tỷ số giảm tốc thấp giúp cả ba điều cùng lúc: nó làm giảm số hạng quán tính phản hồi, giữ cho quán tính rôto không bị nhân với bình phương của một tỷ số lớn, và nói chung để lại ít ma sát phải bù hơn. Đánh đổi là chính tỷ số thấp đó đòi hỏi động cơ sinh ra nhiều dòng điện hơn trên mỗi đơn vị mô-men đầu ra, đó là lý do các mô-đun này ghép tầng 8:1 với những cuộn dây có trị số KV ở hàng chục thấp thay vì với một cuộn dây tốc độ cao.

Chu kỳ làm việc giống chu kỳ dáng đi, không giống chu kỳ sản xuất

Chu kỳ làm việc của thiết bị đeo có hình dạng đặc thù. Mô-men đỉnh đến trong thời gian ngắn và có thể dự đoán - động tác đẩy người về trước, leo cầu thang, đứng lên từ tư thế ngồi - trong khi yêu cầu liên tục giữa các đỉnh đó lại khiêm tốn. Đi bộ trên mặt phẳng thường tạo ra vận tốc góc khớp ở mức vài trăm độ mỗi giây tại đầu gối và thấp hơn đáng kể tại hông và mắt cá chân, trong khi đứng lên khỏi ghế hay leo cầu thang thì chậm nhưng nặng mô-men. Một bộ truyền động được định cỡ chỉ theo mô-men đỉnh sẽ thừa công suất và nóng; một bộ chỉ được định cỡ theo con số liên tục sẽ không đủ lực đúng vào lúc hỗ trợ quan trọng nhất. Cả hai con số đều phải được xem xét dựa trên chu kỳ thực tế.

Sáu con số quyết định lựa chọn

Bảng thông số của loại mô-đun này rất dài, nhưng chỉ một vài mục trong đó thực sự làm thay đổi một quyết định thiết kế. Đây là sáu mục đó, cùng với cách đọc trung thực từng mục một.

Mô-men đỉnh không phải mô-men làm việc

Mô-men đỉnh mô tả mức mà mô-đun có thể tạo ra trong một khoảng thời gian ngắn. Nó hữu ích cho các trạng thái quá độ - đợt tăng tốc mở đầu một bước, quá tải ngắn khi lấy lại thăng bằng - và đây không phải con số mà hộp giảm tốc hay ổ bi đầu ra được chứng minh là chịu được vô thời hạn. Coi nó như một giá trị liên tục là lỗi định cỡ phổ biến nhất trong các ứng dụng đeo được, và lỗi đó thường lộ ra dưới dạng một vỏ máy nóng chứ không phải một hư hỏng.

Mô-men định mức là một phát biểu về nhiệt

Mô-men định mức là mô-men mà mô-đun có thể giữ trong khi vẫn nằm trong giới hạn nhiệt của nó ở các điều kiện đã nêu. Vì vậy nó nhạy với cách gắn, nhiệt độ môi trường và dạng chu kỳ làm việc: một mô-đun bắt bu lông vào khâu kim loại dẫn nhiệt ra ngoài hành xử khác với chính mô-đun đó nằm trong một đai quấn có đệm. Khi bộ xương ngoài phải giữ một tư thế - chẳng hạn nâng đỡ một chi đang chịu tải một phần trong lúc đứng - thì trường hợp đó phải được đối chiếu với mô-men định mức trong suốt thời gian giữ, chứ không phải với mô-men đỉnh.

Tốc độ đầu ra tại khớp, không phải tốc độ động cơ

Các con số tốc độ đã công bố cho những mô-đun này được ghi tại mặt bích đầu ra sau khi giảm tốc, và đó là điều khiến chúng dùng được trực tiếp. Nên đổi chúng sang đơn vị của khớp trước khi so sánh, bởi độ mỗi giây là đơn vị mà các công trình cơ sinh học dùng. Trên cả ba mô-đun: AKE90-8 KV35 ghi tốc độ định mức 120 rpm và không tải 210 rpm, tức khoảng 720 và 1260 độ mỗi giây; AKE80-8 KV30 ghi 150 rpm và 195 rpm, khoảng 900 và 1170 độ mỗi giây; AKE60-8 KV80 ghi 180 rpm và 240 rpm, khoảng 1080 và 1440 độ mỗi giây. Cả ba phép đổi đều được suy ra ngay tại đây thay vì lấy từ một bảng dữ liệu, nên phần tính toán được trình bày chứ không bị giấu đi.

Chi tiết thú vị nằm ở thứ tự sắp xếp. Mô-đun nhỏ nhất lại có tốc độ đầu ra không tải cao nhất, bởi tốc độ không tải đi theo cuộn dây và điện áp bus trước khi áp dụng tỷ số giảm tốc. Vì vậy tốc độ hiếm khi là ràng buộc phân tách ba bộ này; mô-men và khối lượng mới là hai yếu tố quyết định lựa chọn.

Mật độ mô-men, phải nêu theo cả hai cách

Mật độ mô-men nên được nêu bằng Nm trên kilôgam, và luôn kèm theo việc nó dùng mô-men định mức hay mô-men đỉnh, bởi hai cách này cho ra những thứ hạng rất khác nhau. Dùng các số liệu đã ghi nhận: AKE60-8 KV80 đạt khoảng 19 Nm/kg định mức và 48 Nm/kg đỉnh; AKE80-8 KV30 khoảng 21 Nm/kg định mức và 53 Nm/kg đỉnh; AKE90-8 KV35 khoảng 39 Nm/kg định mức và 121 Nm/kg đỉnh. Mô-đun lớn nhất rõ ràng là bộ có mật độ cao nhất theo cả hai cách đo, và đó là lập luận để đặt nó ở vị trí gần thân - nơi cơ thể đỡ nó - dù nó là bộ nặng nhất.

Điện áp nguồn và viên pin phải mang theo

Hai trong ba mô-đun được định mức 48 V và một ở 24 V, và sự chia tách đó quan trọng hơn vẻ ngoài của nó. Với cùng một mức công suất, dòng điện giảm khi điện áp tăng, nên các bộ chịu dòng lớn hơn cần hệ dây rộng rãi hơn mức mà một hệ dây đeo trên người thực sự muốn; ngược lại, ở lại trên một đường bus điện áp thấp hơn có thể giữ toàn bộ hệ thống nằm trong hóa học cell và bộ đầu nối đã được chọn sẵn cho thiết bị. Trộn các bộ 24 V và 48 V trong cùng một bộ trang phục đồng nghĩa với hai hệ phân phối, và thường là hai họ driver.

Độ rơ và cảm giác nó tạo ra

Cả ba mô-đun đều ghi cùng một giá trị độ rơ là 0.15. Con số này nên được xem là mang tính tham khảo thay vì một giá trị nhà sản xuất đã được xác minh. Độ rơ trong một khớp đeo được là thứ được cảm nhận chứ không được đo: nó xuất hiện như một độ trễ nhỏ giữa biên dạng hỗ trợ được yêu cầu và điều người đeo cảm nhận, và nó làm phức tạp mọi luật điều khiển ước lượng mô-men đầu ra từ sai số vị trí. Hãy đối chiếu con số và tải thử nghiệm với bảng dữ liệu của nhà sản xuất trước khi thiết kế dựa trên nó.

So sánh ba bộ truyền động cho bộ xương ngoài

Bảng dưới đây tập hợp ba mô-đun theo thứ tự khối lượng, và thứ tự này cũng trùng với thứ tự mô-men tăng dần. Mọi giá trị đều đúng như đã công bố trong từng hồ sơ sản phẩm ToBMS.

Cả ba mô-đun đều được liệt kê trong nhóm Bộ truyền động gần như trực tiếp của ToBMS. Các giá trị mô-men, khối lượng và kích thước bao được lấy từ từng hồ sơ sản phẩm; mục 1400 g được ghi là 1400. Giá trị công suất định mức cho cả ba bộ nằm trong bảng dữ liệu của nhà sản xuất, nên ở đây không nêu giá trị nào - bảng dữ liệu đó là nguồn tham chiếu khi một ngân sách công suất phụ thuộc vào nó. Cả ba cũng ghi cùng một giá trị độ rơ là 0.15, nên cần đối chiếu con số với bảng dữ liệu của nhà sản xuất và ghi rõ tải thử nghiệm. Không có trường đường kính lỗ hay kích thước trục nào được điền cho dòng này, nên bên dưới không đưa ra khẳng định nào về việc luồn cáp xuyên qua trục.

Mẫu hình thứ nhất là khối lượng và mô-men không tỷ lệ thuận. Đi từ AKE60-8 KV80 nặng 260 g lên AKE80-8 KV30 nặng 570 g thì khối lượng tăng khoảng gấp đôi và mô-men đỉnh tăng hơn gấp đôi; đi tiếp lên AKE90-8 KV35 nặng 1.4 kg thì khối lượng lại tăng khoảng gấp đôi và mô-men đỉnh tăng hơn gấp năm lần. Mỗi bước lên mua được mô-men nhiều hơn một cách tương xứng so với cái giá phải trả bằng kilôgam, đó là lý do bộ lớn nhất cũng là bộ có mật độ cao nhất.

Mẫu hình thứ hai là hai mô-đun nặng hơn dùng chung bus 48 V trong khi bộ nhẹ nhất chạy ở 24 V. Với một bộ xương ngoài chi dưới dùng một mô-đun cho mỗi khớp, điều này quyết định thiết bị cần một hay hai hệ phân phối. Đây cũng là lý do một quyết định cho cả thiết bị thường chốt về một mức điện áp nguồn duy nhất cho mọi khớp, ngay cả khi một bộ nhẹ hơn sẽ hợp với vị trí xa hơn.

Mẫu hình thứ ba là chiều dài trục. Cả ba đều có dạng bánh dẹt: mỗi bộ đều có chiều dài thấp hơn một nửa đường kính, bộ lớn nhất ở 43.5 mm và bộ nhỏ nhất ở 25 mm. Hình học đó hợp với các khớp được gắn ngang bên cạnh khớp giải phẫu, nơi kích thước cần được giảm thiểu là kích thước vuông góc với chi, và đây là lý do thực tế chính khiến dòng này được cân nhắc cho các ứng dụng đeo được thay vì cho những vỏ máy sâu và hẹp.

Ba mô-đun AKE, ba vị trí khớp

Thứ tự bên trên là theo khối lượng và mô-men. Thứ tự bên dưới là theo khớp, và đó cũng là cách quyết định thường được đưa ra trên thực tế, khi hình học khớp và khối lượng mà chi phải mang chi phối lựa chọn nhiều hơn một con số xếp hạng đơn lẻ.

AKE60-8 KV80 - mắt cá chân và các khớp xa

Nặng 260 g trong kích thước bao 69 mm × 25 mm, AKE60-8 KV80 là mô-đun mà phần tổng quan mô tả nó dành cho các khớp robot hình người và bộ xương ngoài nhỏ gọn, và các con số ủng hộ cách đọc đó. Mô-men định mức 5 Nm và mô-men đỉnh 12.5 Nm của nó nằm thoải mái trên mức mà một mắt cá chân thường được yêu cầu khi đi bộ trên mặt phẳng, đồng thời vẫn đủ thấp để bộ này không chiếm lĩnh ngân sách khối lượng ở phần xa. Tốc độ định mức 180 rpm và không tải 240 rpm - khoảng 1080 và 1440 độ mỗi giây - khiến nó nhanh nhất trong ba bộ ở đầu ra, và điều đó cho biên dự trữ dồi dào so với các vận tốc khớp được báo cáo trong dáng đi bình thường.

Hai chi tiết phân biệt nó với những bộ còn lại. Đây là bộ duy nhất được định mức 24 V, nên ghép nó với một bộ gần thân 48 V đồng nghĩa với hai đường nguồn; nó cũng ghi 14 cặp cực so với 21 cặp trên hai bộ lớn hơn, điều này thay đổi yêu cầu chuyển mạch và mối quan hệ giữa tần số điện và tần số cơ. Một điểm thực tế nữa: dòng điện định mức và đỉnh đã ghi là 4.8 A và 12 A, nên dây dẫn cho nó nhẹ, và hồ sơ ToBMS không liệt kê thông số encoder nào cho dòng này - độ phân giải phản hồi cần được xác nhận trực tiếp với nhà sản xuất.

AKE80-8 KV30 - đầu gối và mẫu thử đầu tiên thông thường

AKE80-8 KV30 nằm ở giữa dải và là mô-đun mà hầu hết thiết kế đầu gối bắt đầu từ đó. Mô-men định mức 12 Nm và mô-men đỉnh 30 Nm trong một thân máy 570 g để lại dư địa cho các yêu cầu quá độ của động tác đứng lên từ ghế và leo cầu thang, mà không buộc thiết kế phải dùng một bộ 1.4 kg tại một khớp mà người đeo vung hàng nghìn lần mỗi giờ. Ở tốc độ định mức 150 rpm, tức 900 độ mỗi giây tại đầu ra, có đủ biên tốc độ cho pha vung, và mật độ mô-men đã ghi khoảng 21 Nm/kg định mức của nó nằm gần mô-đun nhẹ nhất bất chấp điện áp bus cao hơn.

Mức định mức 48 V đặt nó cùng nhóm với mô-đun lớn nhất, nên một thiết bị dùng cả hai chỉ cần một hệ phân phối. Dòng điện đã ghi là 4.8 A định mức và 12 A đỉnh - giống AKE60-8 bất chấp nguồn cao hơn, và đó chính là hiệu ứng của việc chuyển sang 48 V. Như với hai bộ còn lại, hồ sơ ToBMS không bao gồm giá trị công suất định mức hay trường kích thước trục, nên cả ngân sách công suất liên tục lẫn mọi phương án luồn cáp xuyên lỗ đều phải được chốt theo bản vẽ của nhà sản xuất.

AKE90-8 KV35 - hông và các khớp chịu tải

AKE90-8 KV35 là trường hợp ngoại lệ trong nhóm này và là lý do thuật ngữ gần như trực tiếp trong bối cảnh này không nên được hiểu là mô-men thấp. Mô-men định mức 55 Nm và mô-men đỉnh 170 Nm trong một thân máy 107.5 mm × 43.5 mm nặng 1.4 kg là khoảng bốn lần mô-men định mức của bộ liền kề thấp hơn, đổi lấy khối lượng chỉ hơn gấp đôi, và điều đó khiến đây là con số có mật độ cao nhất trong ba bộ theo cả hai cách đo - khoảng 39 Nm/kg định mức và 121 Nm/kg đỉnh. Phần tổng quan định vị nó cho chân robot hình người, bộ xương ngoài và các mô-đun khớp động lực cao, và tốc độ đầu ra định mức 120 rpm - khoảng 720 độ mỗi giây - phản ánh một thiết kế nghiêng về mô-men.

Hai điều rút ra từ đó. Đây là một bộ dành cho khớp gần thân: treo 1.4 kg ở đầu gối hoặc mắt cá chân sẽ phá hỏng chính mục đích của nó, trong khi ở hông hay ở một khớp hỗ trợ gắn quanh eo thì cơ thể đỡ phần lớn khối lượng đó. Và dòng điện đỉnh 72 A đã ghi, so với 21 A định mức, có nghĩa là tầng công suất và hệ dây phải được định cỡ theo trạng thái quá độ chứ không theo giá trị trung bình. Kết hợp với 21 cặp cực và bus 48 V, đây là mô-đun mà việc chọn driver và quản lý nhiệt trở thành công việc thiết kế thực sự chứ không còn là thủ tục.

Những bộ truyền động này được dùng ở đâu

Ba mô-đun này xuất hiện trong nhiều nhóm ứng dụng đeo được khác nhau, và quy luật bộ nào đi với vị trí nào đủ nhất quán để dùng làm giả thuyết ban đầu.

Hỗ trợ dáng đi cho chi dưới

Các thiết bị hỗ trợ hông - đầu gối - mắt cá chân là trường hợp sử dụng chiếm ưu thế của dòng này. Quy luật là từ gần thân ra xa: CubeMars AKE90-8 KV35 Bộ truyền động gần như trực tiếp ở hông, CubeMars AKE80-8 KV30 Bộ truyền động gần như trực tiếp ở đầu gối và CubeMars AKE60-8 KV80 Bộ truyền động gần như trực tiếp ở mắt cá chân. Lý lẽ ở đây ít liên quan đến nhu cầu mô-men của từng khớp hơn là đến chi phí trao đổi chất tích lũy khi mang khối lượng ở phần xa. Chính vì lý do này, các khớp của bộ xương ngoài thường được đặc tả từ đầu xa ngược trở lại.

Thiết bị phục hồi chức năng trong phòng khám

Các thiết bị tập dáng đi tại phòng khám và các giàn phục hồi chức năng cố định có một lợi thế: nguồn điện không bị mang trên người. Điều đó làm nhẹ câu hỏi về điện áp bus và chuyển trọng tâm sang độ mượt, khả năng dẫn động ngược, và cảm giác của khớp đối với một bệnh nhân có thể hoàn toàn không thể tự hỗ trợ nó. Cả ba mô-đun đều xuất hiện bên cạnh các mục robot phục hồi chức năng trong phần tổng quan ToBMS của chúng, và tỷ số giảm tốc thấp là lý do chúng hợp với những công việc cần điều khiển hỗ trợ theo nhu cầu.

Hỗ trợ nghề nghiệp và công nghiệp

Các thiết bị hỗ trợ nâng hạ lại đòi hỏi một thứ khác: mô-men cao gián đoạn, thời gian chờ dài, và thường là những giới hạn nghiêm ngặt về điều gì xảy ra khi mất nguồn. Ở đây, khả năng dẫn động ngược và một tầng giảm tốc trong suốt quan trọng hơn các giá trị liên tục, bởi thiết bị dành phần lớn chu kỳ làm việc ở mô-men bằng không rồi sau đó phải cung cấp một lực hỗ trợ lớn trong vài giây. Nhóm mô-đun khớp nói chung hợp với không gian ứng dụng này, và ba bộ ở đây bao phủ phần tỷ số thấp của nó.

Giao diện cho chi trên và vai

Hỗ trợ vai và khuỷu tay tập trung bài toán bố trí khó nhất trong lĩnh vực thiết bị đeo được: khớp cần hỗ trợ nằm gần thân, và bất cứ thứ gì gắn lên đó đều ngay lập tức gây khó chịu. AKE60-8 KV80 nặng 260 g cùng chiều dài trục 25 mm là lựa chọn phù hợp nhất trong dải này, và mô-men đỉnh 12.5 Nm của nó là hào phóng cho động tác gập khuỷu. Khi một thiết kế cần hỗ trợ trên nhiều bậc tự do của phần thân trên, phần tuyển chọn robot hình người rộng hơn bao gồm các phương án ở dạng kết cấu khác.

Danh sách kiểm tra khi chọn

Lựa chọn bộ truyền động cho bộ xương ngoài thường được chốt sớm, bởi hình học khớp và tuyến đi của hệ dây được thiết kế xoay quanh chúng. Những kiểm tra này thuộc về giai đoạn trước chứ không phải sau cột mốc chốt đó.

Chu kỳ làm việc và yếu tố con người

1. Lập biểu đồ mô-men theo thời gian cho hoạt động thực tế - đi bộ trên mặt phẳng, leo cầu thang, đứng lên từ ghế, nâng vật - và kiểm tra phần kéo dài liên tục theo mô-men định mức, đồng thời nhớ rằng cách gắn và quần áo làm thay đổi đường thoát nhiệt.
2. Kiểm tra các trạng thái quá độ theo mô-men đỉnh, rồi xác nhận riêng với nhà sản xuất xem tầng giảm tốc và ổ bi đầu ra được định mức chịu được gì khi có xung va, vì mô-men đỉnh là một giá trị ngắn hạn chứ không phải một giới hạn cơ học.
3. Xác định khớp phải làm gì khi mất nguồn, trong lúc phục hồi sau lỗi, và khi người đeo đẩy bất ngờ - rồi xác nhận rằng khả năng dẫn động ngược đáp ứng được từng trường hợp.

Cơ khí và cách gắn

1. Khớp kích thước bao với giải phẫu trước khi so sánh mô-men: một thân máy 107.5 mm và một thân máy 69 mm không thể thay thế cho nhau dù các con số có được đọc thế nào, và độ dày trục 25 mm so với 43.5 mm quyết định việc một bộ có thể nằm bên cạnh một khớp hay không.
2. Lấy bản vẽ cơ khí của nhà sản xuất cho giao diện đầu ra. Kích thước trục, lỗ và ren cho dòng này nằm trong bản vẽ của nhà sản xuất, nên phương án bu lông và cánh tay đòn nên được chốt từ đó thay vì chỉ dựa vào hồ sơ sản phẩm đã ghi.
3. Lập kế hoạch cho tuyến đi của hệ dây như một cơ cấu theo đúng nghĩa của nó, bao gồm cả việc giảm ứng suất qua khớp và ảnh hưởng của thân máy lên mốc giải phẫu gần nhất.

Nguồn và điều khiển

1. Quyết định điện áp bus trước tiên, xuất phát từ hóa học của pack pin sẽ được mang theo, rồi kiểm tra xem những bộ nào phù hợp - trộn các bộ 24 V và 48 V đồng nghĩa với hai hệ phân phối và thường là hai họ driver.
2. Định cỡ driver và hệ dây theo dòng điện đỉnh trong khi định cỡ đường thoát nhiệt theo dòng điện định mức, giữ hai ngân sách này tách biệt - mức 72 A đỉnh so với 21 A định mức ở mô-đun lớn nhất cho thấy khoảng cách đó có thể rộng đến đâu.
3. Xác nhận độ phân giải phản hồi, giao thức và hành vi khi khởi động trực tiếp với nhà sản xuất. ToBMS không ghi thông số encoder nào cho dòng này, và điều khiển định hướng trường được ghi là phương pháp dẫn động mà không có chi tiết về tích hợp.

Câu hỏi thường gặp

Nguồn tài liệu chính thức

CubeMars công bố một trang thông số cho mỗi mô-đun, và chính những trang đó - chứ không phải các bản tóm tắt của bên thứ ba - là nguồn tham chiếu cho định mức nhiệt, chi tiết phản hồi, bản vẽ cơ khí và firmware hiện hành. Các trang nhà sản xuất cho những bộ được bàn ở đây là AKE60-8 KV80, AKE80-8 KV30 và AKE90-8 KV35, với toàn bộ dòng được liệt kê trên trang nhóm bộ truyền động gần như trực tiếp. Ở những chỗ hồ sơ ToBMS im lặng - công suất định mức, kích thước giao diện, thông số phản hồi, đơn vị độ rơ - thì những trang đó hoặc bảng dữ liệu tương ứng là nơi bù vào khoảng trống.

Bước tiếp theo

Để đi từ việc đọc sang một danh sách rút gọn, có ba công cụ hoạt động theo trình tự: toàn bộ dòng nằm trong nhóm Bộ truyền động gần như trực tiếp, các ứng viên có thể được thu hẹp theo mô-men, điện áp và khối lượng trong Công cụ chọn động cơ BLDC, và những bộ đã chọn có thể được đặt cạnh nhau trong So sánh động cơ BLDC. Khi một thiết kế cần tích hợp động cơ vào khâu thay vì nhận một bộ kín, nhóm Động cơ mô-men xoắn không vỏ là hướng thay thế mà nhiều chương trình thiết bị đeo cuối cùng vẫn cân nhắc.

Hai hướng dẫn khác của ToBMS mở rộng sang hai bên từ đây. Bài Bộ truyền động gần như trực tiếp: tỷ số 8:1 mang lại gì đi qua những gì một tầng 8:1 thay đổi về mặt cơ khí, và bài Cách chọn mô-đun khớp: năm bộ truyền động CubeMars từ 190 g đến 1.4 kg bao quát những họ mô-đun kín rộng hơn quanh ba bộ này. Với những so sánh ngoài một dòng sản phẩm, trang bộ xương ngoài tập hợp các kết quả khớp đã ghi nhận trên toàn bộ dải sản phẩm, và trang robot phục hồi chức năng bao quát những thiết bị lâm sàng có liên quan gần gũi.

Bản tóm tắt ngắn: chọn vị trí khớp trước tiên, khớp kích thước bao với giải phẫu, định cỡ mô-men định mức theo chu kỳ làm việc của dáng đi trong giới hạn nhiệt và mô-men đỉnh theo trường hợp quá độ, rồi chốt điện áp bus quanh pack pin mà người đeo thực sự sẽ mang. Phần lớn các đặc tính còn lại của một bộ truyền động cho bộ xương ngoài đều suy ra từ bốn điểm đó.