Motordesign og eksoskelet teknologi
Vigtige overvejelser ved bevægelse og rammeløse motorer
Eksoskeletteknologi refererer til brugen af bærbare, robotiske strukturer, som hjælper med at støtte og forstærke bevægelserne hos mennesker.
Disse enheder, ofte kaldet eksoskeletter, kan bæres udenpå kroppen og bruges til forskellige formål: Medicinsk rehabilitering mv.
Disse eksoskeletter er ofte lavet af letvægtsmaterialer som metal samt kulfiber og kan være drevet af motorer.
Medicinske Eksoskeletter: Hjælper mennesker med nedsat mobilitet, såsom dem, der er ramt af rygmarvsskader, slagtilfælde eller andre neurologiske lidelser, med at gå og udføre daglige aktiviteter.
Industrielle Eksoskeletter: Bruges til at støtte arbejdere i fysisk krævende job ved at reducere belastningen på deres muskler og led, hvilket mindsker risikoen for skader og øger produktiviteten.
Teknologien bag eksoskeletter omfatter avancerede sensorer, aktuatorer og styresystemer, som sammen arbejder for at efterligne og forbedre menneskelige bevægelser. Dette gør det muligt for brugeren at udføre opgaver, som ellers ville være for vanskelige eller umulige.
Mange inspirerende muligheder med robot teknologi
I det stadigt skiftende felt inden for robotteknologi og bærbar teknologi, har eksoskeletter et voksende potentiale i flere anvendelser – og revolutionerer menneskelig mobilitet og ydeevne. Teknologien er mest udbredt i dag i udvalgte fysiske rehabiliteringsapplikationer; men i fremtiden kunne den blive allestedsnærværende i hjemmepleje- og assisteret-liv-miljøer – og
dermed give brugerne mulighed for at bevare mobilitet og frihed i længere tid uden så stor afhængighed af menneskelige plejere.
Mulighederne er inspirerende, men at gøre dem til virkelighed kan være udfordrende for designere af eksoskelet. At opnå succes i stor skala kræver yderst optimerede komponenter og erfarne designpartnere, som er dybt fortrolige med de eksisterende udfordringer.
Eksoskelet design-udfordringer
Eksoskeletter præsenterer en formidabel ingeniørmæssig udfordring, der kræver design, som både er lette og kraftfulde; kompakte, men alligevel komfortable for brugeren. Alt dette før designerne overhovedet tænker på at skabe design, der kan skaleres og tilpasses til varierende anvendelseskrav samt forskelle i menneskelig vægt og størrelse.
Uanset anvendelsen er bevægelsesdesign og motorvalg afgørende skridt i ingeniørprocessen. Hvordan kan disse valg hjælpe (eller hæmme) den endelige ydeevne, som skal efterligne menneskekroppens komplekse mekanik? Lad os se nærmere på nøgleovervejelser og indsigter.
Design bevægelse og vælg motor til eksoskeletter
Motorintegration er central for at overvinde udfordringerne i eksoskelet udvikling. Rammeløse motorer, kendt for deres høje drejningsmoment og kompakte størrelse, fremstår som foretrukne valg til dette komplekse udstyr. Men at integrere dem problemfrit i eksoskelet-rammen, samtidig med at man sikrer fejlfri og effektiv drift, forbliver en kompleks og iterativ opgave.
Det første skridt i processen er at forstå belastningen og dynamikken i den krævede bevægelse, samt hvor hurtigt disse overgange skal finde sted. Med disse hastigheds- og drejningsmomentkrav i hånden kan du vælge gearing. Valget af gearkasse vil påvirke motorvalget og integrationen. Desværre er det her, designudfordringer ofte opstår.
Når komponenterne er valgt og integreret, kan test og validering afsløre ydeevneproblemer – hvilket tvinger designerne tilbage til start. Kombinationen af gearkasse og motor på et knæled kan for eksempel veje mere end forventet, hvilket kræver, at designerne forstærker specifikationerne for hofteleddet. Dette kan igen påvirke den samlede vægt, driftstemperaturer og mere på måder, der gør eksoskeletdesignet ubrugeligt.
Iteration er uundgåelig i enhver mekanisk ingeniørproces, men designerne kan tage nogle skridt for at sikre lettere integration og mindre genarbejde.
1. Vælg et kompakt motordesign optimeret til harmonic drive-typen gearing
Harmonic gearing er et populært valg i eksoskeletdesign, fordi det muliggør lette, kompakte led med nul tilbageslag. For fuldt ud at drage fordel af disse fordele, skal designerne vælge en motor, der er optimeret til denne type gearing.
Kollmorgen TBM2G rammeløse motorer er dimensioneret til at arbejde direkte med Harmonic-Drive-lignende gearing - hvilket leverer de kompakte, kortformede og lette led, der kræves for at gøre eksoskeletdesign levedygtige. Specielt fremstillet til humanoide robotter og eksoskeletter, har TBM2G-serien syv diametre, der spænder fra 50 mm til 115 mm, tre staklængder og flere viklinger - for imponerende 63 mulige katalog-standard motor kombinationer.
2. Vælg højtydende, momenttætte motorer
Udover at være optimeret til gearing og tilgængelig i en række kompakte størrelser, skal du sørge for, at den motor, du vælger, har højere momenttæthed end konkurrenterne. Ved første øjekast muliggør en mere momenttæt motor de accelerationseksplosioner, der kræves i eksoskeletdesign (for eksempel for at hjælpe en ellers immobile bruger med at løfte og flytte et ben fremad). Men ved at gå dybere kan en højtydende motor hjælpe med at forenkle designprocessen og endda resultere i et mere kommercielt levedygtigt design.
Tag det tidligere eksempel med det nødvendige genarbejde, hvis et knæled bliver for tungt til at resten af designet kan holde til; en mere momenttæt motor - i flere tilgængelige størrelser - kan bedre imødekomme øget efterspørgsel uden at designerne skal starte forfra med gearkasse- eller motordesign. Højtydende motorer tilbyder større tilgivelse og fleksibilitet i forhold til variationer i andre komponenters specifikationer og ydeevne.
De utroligt momenttætte TBM2G-motorer udmærker sig her. Normalt, hvis designerne maksimerer momentet i ét eksoskelet system og skal skifte til en højere gearforhold, tvinges de til at ofre hastighed.
Det er ikke tilfældet med TBM2G-motoren. Den leverer væsentligt højere ydeevne ved højere hastigheder, så designerne ikke behøver at gå på kompromis.
Denne høj-moment-ved-høj-hastighed-kapacitet tillader også mindre gearkassemuligheder. Fordi gearkasser ofte er en af de tungere og dyrere komponenter i eksoskelet- og robotdesign, er dette en afgørende fordel. Sidst, men bestemt ikke mindst, kommer denne exceptionelle ydeevne ved lave driftstemperaturer - et kritisk element for levedygtig brug af eksoskeletter, da de kommer i så tæt kontakt med deres menneskelige brugere.
3. Vælg en ekspertpartner
Når det kommer til nye og hurtigt udviklende segmenter som eksoskeletmarkedet, betaler det sig at have den mest erfarne og dygtige partner. Kollmorgen er en mangeårig leder inden for bevægelsesstyring og en pioner inden for eksoskeletbevægelsesdesign. Vi fokuserer på motordesign, der hæver standarden for eksoskeletdesign og virkelig muliggør skalerbarhed og kommercialisering.
Udover selve produkterne kan vores applikationseksperter hjælpe med at guide din designplanlægning fra starten - med praktisk udvælgelsesvejledning til alle komponenter, integrationssupport, fejlfinding og løbende designoptimering.
Når designere kæmper med kompleksiteten i eksoskelet udvikling, er sikring af motoroverensstemmelse et afgørende punkt. Kontakt os for at lære mere om, hvordan Kollmorgen driver innovation i dette transformerende felt - og hvordan vi kan hjælpe med dit næste design.
Fra eksoskelet R&D til stor produktion
Eksoskeletmarkedet har hidtil været baseret på mindre volume-ner og specialproduktion. Efterhånden som branchen skifter – og eksoskeletter bliver mere almindelige og levedygtige til alt fra medicinsk rehabilitering og mobilitet til tunge løft – bør OEM'er være kloge i overgangen til effektiv, højvolumenpro-duktion.
Men overgangen til fuldskala produktion præsenterer et nyt sæt udfordringer og overvejelser. Projekter, der syntes gennemfør-lige under R&D og endda LRIP (Low Rate Initial Production), kan hurtigt blive umulige at skalere op af forskellige årsager. Hvordan kan OEM'er forudse (og undgå) problemer, der kan opstå, når de øger produktionen?
TBM™2G Rammeløse Motorer
Er du klar? Det er tid til at imødekomme dine mest krævende designudfordringer med et højere niveau af ydeevne, skalerbarhed og designfleksibilitet. TBM2G Rammeløse Motorer (TBM2G) repræsenterer år med grundig forskning og udvikling, testning og kundefeedback. Nu kan du realisere dine maskin- og robotideer med højtydende moment i den mest kompakte og letteste elektromagnetiske pakke muligt.
TBM™ Serien Rammeløse Motorer
Disse torque børsteløse motorer er optimeret til at levere højt moment ved relativt lave hastigheder i lavspændingsapplikationer såsom robotled, mobile robotter og andre batteridrevne maskiner. Kompakte og effektive er TBM™ Serien designet til at blive direkte indlejret i din maskine ved hjælp af maskinens egne lejer til at støtte rotoren.
Nogle overvejelser
Kvalitetssikring: Det er vigtigt at sikre, at materialer og komponenter opretholder høj kvalitet, selv når de købes i større mængder.
Automatisering: Overvej at automatisere produktionsprocesser, hvor det er muligt, for at øge effektiviteten og reducere fejl.
Skalerbare produktionsprocesser: Udvikl produktionsprocesser, der nemt kan skaleres op uden væsentlige ændringer eller forsinkelser.
Modulært design: Design eksoskeletter med modulære komponenter for lettere opgradering og vedligeholdelse.
Test og validering: Implementer omfattende test- og valideringsprotokol for at sikre, at produkter opfylder kvalitetsstandarder i større skala.
Omkostningsanalyse: Udfør detaljerede analyser for at identificere områder, hvor omkostninger kan reduceres uden kvalitets kompromis.
Overhold standarder: Sørg for, at alle produkter overholder relevante sikkerheds- og kvalitetsstandarder.
Dokumentation og certificering: Vær forberedt på at levere den nødven-dige dokumentation og certificering for store produktionsvolumener.
Kundeuddannelse og support: Udvikl kundestøtte- og uddannelsespro-grammer for at sikre, at eksoskeletterne kan bruges effektivt og sikkert.
Markedsføring og distribution: Udarbejd en skalerbar markedsførings- og distributionsstrategi for at nå et bredere publikum.
Relaterede produkter
