Ένα φορετό ρομπότ είναι μια τροφοδοτούμενη συσκευή που φοράτε στο σώμα σας για να σας βοηθά να κινείστε και χρειάζεται πέντε κύρια φορετά ρομποτικά εξαρτήματα: αισθητήρες, ενεργοποιητές, δομικά εξαρτήματα, τροφοδοτικά και συστήματα ελέγχου. Κάθε φορετό ρομποτικό εξάρτημα κατασκευάζεται με τον δικό του ιδιαίτερο τρόπο. Οι αισθητήρες κατασκευάζονται με φωτολιθογραφία, τα δομικά μέρη διαμορφώνονται με κατεργασία CNC, τα περιβλήματα διαμορφώνονται με χύτευση με έγχυση, τα συστήματα ελέγχου κατασκευάζονται με συναρμολόγηση PCB και τα τροφοδοτικά χρειάζονται παραγωγή κυψελών μπαταριών. Η αγορά για αυτήν την φορετή τεχνολογία αναμένεται να φτάσει τα 11,889.36 εκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ έως το 2030, αυξανόμενη με σύνθετο ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης 43.45%. Φανταστείτε έναν βιομηχανικό εξωσκελετό ή ένα έξυπνο προσθετικό μέλος. Αυτά τα φορετά ρομποτικά εξαρτήματα συνεργάζονται για να μειώσουν την καταπόνηση και να επαναφέρουν τη λειτουργία. Ας δούμε πώς τα υλικά και η κατασκευή τα κάνουν πραγματικότητα.
Αισθητήρες σε εξαρτήματα φορετών ρομπότ
Τι κάνουν οι αισθητήρες
Οι αισθητήρες λειτουργούν όπως το νευρικό σύστημα ενός φορετού ρομπότ. Ανιχνεύουν κίνηση, δύναμη, θέση και σήματα σώματος από τον χρήστη και το κοντινό περιβάλλον. Χωρίς αισθητήρες, η συσκευή δεν θα γνώριζε πότε περπατάτε, σηκώνετε αντικείμενα ή στέκεστε ακίνητοι.
Σκεφτείτε έναν βιομηχανικό εξωσκελετό. Πρέπει να γνωρίζει τη γωνία του ισχίου σας, τη δύναμη που ασκείτε σε ένα φορτίο και την ηλεκτρική δραστηριότητα στους μύες σας. Αυτές οι πληροφορίες πηγαίνουν στον ελεγκτή, ο οποίος στη συνέχεια αποφασίζει πόση βοηθητική ροπή θα δώσει. Εάν η ανίχνευση είναι λανθασμένη, το ρομπότ λειτουργεί εναντίον σας αντί να σας βοηθήσει.
Οι αδρανειακές μονάδες μέτρησης (IMU) αποτελούν ένα καλό παράδειγμα. Συνδυάζουν επιταχυνσιόμετρα, γυροσκόπια MEMS και αλγόριθμους σύντηξης για να παρέχουν ακριβή δεδομένα κίνησης και να υποστηρίζουν έξυπνο έλεγχο. Αυτό βοηθά τους εξωσκελετούς να ανταποκρίνονται σε αυτό που θέλει ο χρήστης και να προσαρμόζονται φυσικά. Στους μαλακούς εξωσκελετούς, οι IMU συλλέγουν δεδομένα κίνησης σε πραγματικό χρόνο, όπως γωνία, γωνιακή επιτάχυνση και γωνιακή ταχύτητα. Αυτό επιτρέπει στο σύστημα ελέγχου να αναγνωρίζει τα εδάφη και να προσαρμόζει με ακρίβεια τις λειτουργίες κίνησης.
Οι IMU καθιστούν επίσης δυνατή την ανάλυση βάδισης εκτός εσωτερικών χώρων, λύνοντας τα όρια των παραδοσιακών συστημάτων καταγραφής κίνησης. Επιτρέπουν την εκτίμηση της πρόθεσης ανθρώπινης κίνησης, η οποία είναι το κλειδί για τον έλεγχο των εξωσκελετών. Τα φορετά συστήματα IMU παρέχουν δεδομένα αναφοράς για υποστηρικτικές στρατηγικές για την επίτευξη των επιθυμητών τροχιών. Πολλαπλές IMU που τοποθετούνται σε διαφορετικά τμήματα του σώματος συλλέγουν σύνθετα δεδομένα και, μέσω της σύντηξης αισθητήρων, εκτιμούν την κινηματική και τις γωνίες των αρθρώσεων.
Πώς κατασκευάζονται οι αισθητήρες
Οι μέθοδοι κατασκευής αυτών των συσκευών διαφέρουν ανάλογα με τον τύπο του αισθητήρα. Οι μικροαισθητήρες, όπως τα γυροσκόπια MEMS μέσα σε μια IMU, βασίζονται στη φωτολιθογραφία και την κατασκευή MEMS. Αυτές οι διαδικασίες κατασκευάζουν μικροσκοπικές μηχανικές δομές σε πλακίδια πυριτίου, στρώμα προς στρώμα, με εκπληκτική ακρίβεια.
Οι εύκαμπτοι και ελαστικοί αισθητήρες ακολουθούν διαφορετική πορεία. Η μεταξοτυπία τοποθετεί αγώγιμα μελάνια σε πολυμερή υποστρώματα, δημιουργώντας λεπτά, εύκαμπτα στοιχεία ανίχνευσης. Αυτή η μέθοδος λειτουργεί καλά για εφαρμογές που φοριούνται, όπου ο αισθητήρας πρέπει να ταιριάζει σε καμπύλες επιφάνειες σώματος.
Στη συνέχεια, οι μονάδες αισθητήρων περνούν από συναρμολόγηση με επιλογή και τοποθέτηση. Οι μηχανές τοποθετούν μικροσκοπικά εξαρτήματα στις πλακέτες κυκλωμάτων με υψηλή ταχύτητα και η συγκόλληση με επαναφορά τα κρατά στη θέση τους. Στην πράξη, αυτό το βήμα καθορίζει την αξιοπιστία περισσότερο από σχεδόν οποιοδήποτε άλλο.
Εταιρείες όπως η NOBLE, μια κορυφαία κατασκευαστική εταιρεία στην Κίνα, προσφέρουν εξαιρετικές δυνατότητες εξυπηρέτησης και επαγγελματική τεχνογνωσία στην κατεργασία σε αυτό το στάδιο. Βοηθούν τους πελάτες να προχωρήσουν αποτελεσματικά από τη δημιουργία πρωτοτύπων στη μαζική παραγωγή φορετών εξαρτημάτων ρομπότ, γεγονός που μειώνει σημαντικά τους κύκλους ανάπτυξης.
Κοινοί τύποι αισθητήρων
Αρκετές οικογένειες αισθητήρων εμφανίζονται ξανά και ξανά στη φορητή ρομποτική. Οι αδρανειακές μονάδες μέτρησης χειρίζονται την παρακολούθηση της κίνησης. Οι αντιστάσεις ευαίσθητες στη δύναμη μετρούν την πίεση και τη δύναμη λαβής. Οι αισθητήρες ηλεκτρομυογραφίας (EMG) διαβάζουν την ηλεκτρική δραστηριότητα των μυών για τον έλεγχο των προσθετικών. Οι κωδικοποιητές παρακολουθούν την περιστροφή των αρθρώσεων σε βιομηχανικούς ρομποτικούς βραχίονες.
Η απόδοση του αισθητήρα EMG έχει μεγάλη σημασία για τις μυοηλεκτρικές προσθετικές. Λάβετε υπόψη αυτές τις προδιαγραφές:
| Χαρακτηριστικά | Αισθητήρας μυών Myoware | Αναπτυγμένος αισθητήρας EMG |
| SNR | 23.39 dB | 32.95 dB |
| Ευαισθησία | 0.159 V/N | 0.2943 V/N |
| Ώρα άνοδος | ms 323 | ms 136 |
| Φθινοπωρινή ώρα | ms 261 | ms 408 |
Ο ανεπτυγμένος αισθητήρας ΗΜΓ έδειξε 1.4 φορές μεγαλύτερες τιμές SNR και 45% υψηλότερη ευαισθησία σε σύγκριση με τον εμπορικό αισθητήρα ΗΜΓ. Επίσης, ο προτεινόμενος αισθητήρας ήταν 57% ταχύτερος από τον εμπορικό αισθητήρα στην παραγωγή της απόκρισης εξόδου.
Για τον έλεγχο της προσθετικής επέμβασης, απαιτείται συσκευή ηλεκτρομυογραφήματος μέτριας ποιότητας με μικρότερο χρόνο απόκρισης (κάτω των 300 ms) και υψηλό βαθμό διαισθητικότητας.
Αυτό το όριο χρόνου απόκρισης εξηγεί γιατί η επιλογή αισθητήρα δεν αφορά μόνο την ακρίβεια. Η ταχύτητα και η διαισθητικότητα καθορίζουν εάν ένας χρήστης εμπιστεύεται τη συσκευή. Μια φορητή συσκευή που αντιδρά αργά φαίνεται προβληματική, ακόμα κι αν οι μετρήσεις της είναι τέλειες.
Ενεργοποιητές σε εξαρτήματα φορετών ρομπότ
Ο Ρόλος των Ενεργοποιητών
Οι ενεργοποιητές μετατρέπουν την ενέργεια σε κίνηση. Αυτός είναι ο ευκολότερος τρόπος για να τους εξηγήσουμε. Σε ένα φορετό ρομπότ, λειτουργούν σαν μύες. Χρησιμοποιούν ηλεκτρική ενέργεια για να κάνουν κίνηση που σας βοηθά να σηκώνετε, να περπατάτε ή να πιάνετε.
Οι περισσότεροι ενεργοποιητές ξεκινούν με έναν κινητήρα. Ο κινητήρας περιστρέφεται γρήγορα, αλλά δεν παράγει μεγάλη ροπή. Ένα σύστημα κίνησης και μειωτήρες λύνουν αυτό το πρόβλημα. Επιβραδύνουν την περιστροφή και αυξάνουν τη δύναμη. Στη συνέχεια, τα κιβώτια ταχυτήτων στέλνουν αυτή τη δύναμη στην άρθρωση ή στον τελικό ενεργοποιητή. Ολόκληρη η αλυσίδα έχει σημασία. Ένα αδύναμο κιβώτιο ταχυτήτων σπαταλά έναν ισχυρό κινητήρα.
Οι ελαστικοί ενεργοποιητές σειράς προσθέτουν ένα ελατήριο μεταξύ του κινητήρα και του φορτίου. Αυτός ο σχεδιασμός προσφέρει φυσική ανοχή σε κραδασμούς και ασφαλή συμμόρφωση. Αυτό έχει σημασία για τη φυσική αλληλεπίδραση ανθρώπου-ρομπότ στην αποκατάσταση εξωσκελετών. Το ελατήριο δέχεται ξαφνικές δυνάμεις αντί να τις μεταδίδει στο σώμα σας.
Τα οφέλη φαίνονται στην πραγματική χρήση:
- Η διαφανής αλληλεπίδραση ανθρώπου-ρομπότ μειώνει το μεταβολικό κόστος κατά τη διάρκεια του περπατήματος με φορτίο κατά 10-15%.
- Ο έλεγχος δύναμης με δυνατότητα αντίστροφης κίνησης βοηθά στην αποκατάσταση του εγκεφαλικού επεισοδίου, όπως φαίνεται στον εξωσκελετό H2.
- Τα σχέδια μεταβλητής σύνθετης αντίστασης βελτιώνουν την προσαρμοστικότητα για ηλικιωμένους χρήστες με εξασθενημένους μύες.
Αυτοί οι αριθμοί προέρχονται από έρευνα αποκατάστασης. Δείχνουν γιατί η συμμόρφωση δεν είναι απλώς ένα ωραίο επιπλέον χαρακτηριστικό. Είναι ένα χαρακτηριστικό ασφαλείας.
Πώς κατασκευάζονται οι ενεργοποιητές
Η παραγωγή ενεργοποιητών είναι μια διαδικασία πολλαπλών βημάτων. Κάθε βήμα απαιτεί αυστηρές ανοχές. Ένα μικρό σφάλμα σε ένα στάδιο μπορεί να καταστρέψει ολόκληρη τη μονάδα.
Η κατεργασία CNC διαμορφώνει πρώτα το περίβλημα του κινητήρα. Το περίβλημα πρέπει να συγκρατεί τον στάτορα και τον ρότορα σε τέλεια ευθυγράμμιση. Οποιαδήποτε ταλάντωση δημιουργεί κραδασμούς και θόρυβο. Η περιέλιξη του πηνίου έρχεται στη συνέχεια. Οι μηχανές τυλίγουν χάλκινο σύρμα γύρω από τον πυρήνα του στάτορα με ακριβή τάση. Τα χαλαρά πηνία σπαταλούν ενέργεια ως θερμότητα. Τα σφιχτά πηνία κινδυνεύουν να σπάσουν το σύρμα.
Ακολουθεί η συναρμολόγηση των μαγνητών. Οι μόνιμοι μαγνήτες εισέρχονται στον ρότορα με ακριβή τοποθέτηση. Ο προσανατολισμός τους καθορίζει τη σταθερή ροπή στρέψης του κινητήρα. Η κοπή των γραναζιών στη συνέχεια κατασκευάζει τους μειωτήρες. Οι μηχανές κοπής και διαμόρφωσης κόβουν δόντια που εμπλέκονται ομαλά. Τα κακώς κομμένα γρανάζια φθείρονται γρήγορα και χάνουν την απόδοσή τους.
Η ενσωμάτωση του κωδικοποιητή ολοκληρώνει την κατασκευή. Ο κωδικοποιητής παρακολουθεί τη θέση και την ταχύτητα του κινητήρα. Στέλνει αυτά τα δεδομένα πίσω στον ελεγκτή. Χωρίς αυτόν, ο ενεργοποιητής δεν μπορεί να μετακινηθεί σε μια θέση που έχει δοθεί εντολή. Ο βρόχος ελέγχου εξαρτάται από αυτήν την ανατροφοδότηση.
Από πρακτικής άποψης, κάθε βήμα σε αυτήν την αλυσίδα επηρεάζει την τελική απόδοση. Ένας εξαιρετικός κινητήρας με ελαττωματικό κιβώτιο ταχυτήτων λειτουργεί όπως ένας κακός κινητήρας. Οι κατασκευαστές πρέπει να ελέγχουν την ποιότητα σε κάθε στάδιο.
Μαλακοί και πνευματικοί ενεργοποιητές
Δεν χρησιμοποιούν όλα τα φορετά ρομπότ άκαμπτους κινητήρες και γρανάζια. Η μαλακή ρομποτική ακολουθεί διαφορετική πορεία. Αυτά τα συστήματα χρησιμοποιούν μαλακούς ενεργοποιητές, ύφασμα και εύκαμπτα υλικά. Λυγίζουν και τεντώνονται μαζί με το σώμα αντί να το παλεύουν.
Η ήπια ρομποτική αλλάζει τον τρόπο με τον οποίο οι μηχανικοί αντιλαμβάνονται την ενεργοποίηση. Αντί για έναν κινητήρα σε κάθε άρθρωση, η ήπια ρομποτική χρησιμοποιεί πίεση αέρα ή υγρού. Οι πνευματικοί τεχνητοί μύες είναι ένα συνηθισμένο παράδειγμα. Συσπώνται όταν ο αέρας γεμίζει μια κύστη μέσα σε ένα πλεγμένο χιτώνιο. Η πλεξούδα αναγκάζει την κύστη να βραχύνει και να διευρυνθεί. Αυτή η κίνηση αντιγράφει έναν πραγματικό μυ.
Η κατασκευή αυτών των ενεργοποιητών περιλαμβάνει χύτευση και κατασκευή. Η σιλικόνη ή το καουτσούκ μπαίνει σε ένα καλούπι για να σχηματίσει την κύστη. Το πλεγμένο περίβλημα τυλίγεται γύρω από αυτό. Τα στρώματα συνδέονται μεταξύ τους με κόλλες ή θερμότητα. Ο τελικός ενεργοποιητής είναι ελαφρύς και εύκαμπτος.
Η ήπια ρομποτική προσφέρει σαφή πλεονεκτήματα για τις φορετές συσκευές. Τα υλικά προσαρμόζονται στο σώμα. Μειώνουν τα σημεία πίεσης. Επίσης, απορροφούν τις κρούσεις καλύτερα από τα άκαμπτα μέρη. Για ένα φορετό ρομπότ που βοηθά στην αντιμετώπιση εγκεφαλικών επεισοδίων σε ασθενείς ή εργάτες εργοστασίων, η άνεση καθορίζει αν οι άνθρωποι το χρησιμοποιούν πραγματικά.
Η ήπια ρομποτική έχει αντισταθμίσεις. Αυτοί οι ενεργοποιητές παράγουν λιγότερη δύναμη από τους κινητήρες. Χρειάζονται πνευματικές γραμμές ή αντλίες. Αυτό προσθέτει όγκο. Παρόλα αυτά, η ήπια ρομποτική συνεχίζει να αναπτύσσεται στην αποκατάσταση και στις βοηθητικές συσκευές. Ο τομέας της ήπιας ρομποτικής συνεχίζει να προσελκύει χρηματοδότηση για την έρευνα. Η ήπια ρομποτική μπορεί τελικά να αντικαταστήσει τους άκαμπτους ενεργοποιητές σε πολλές φορετές εφαρμογές. Η ήπια ρομποτική αντιπροσωπεύει μια σημαντική αλλαγή στον τρόπο με τον οποίο οι μηχανικοί προσεγγίζουν τις φιλικές προς τον άνθρωπο μηχανές. Το μέλλον της ήπιας ρομποτικής διαγράφεται λαμπρό για την τεχνολογία των φορετών συσκευών.
Δομικά Στοιχεία Φορητών Ρομποτικών Στοιχείων
Λειτουργίες Δομικών Στοιχείων
Τα δομικά μέρη δίνουν σε ένα φορετό ρομπότ το σχήμα και την αντοχή του. Μεταφέρουν φορτία, συγκρατούν κάθε άλλο εξάρτημα στη θέση του και μετακινούν τις δυνάμεις στα σωστά σημεία του σώματος. Σκεφτείτε τα ως τον σκελετό. Χωρίς ένα ισχυρό πλαίσιο, οι αισθητήρες και οι ενεργοποιητές δεν θα είχαν τίποτα να προσαρτηθούν.
Η λίστα των δομικών μερών είναι μεγαλύτερη από ό,τι νομίζουν οι περισσότεροι. Περιλαμβάνει τη βάση, το σώμα, το πλαίσιο, το πλαίσιο, τους τελικούς ενεργοποιητές και τις συσκευές εισόδου. Η βάση και το πλαίσιο αποτελούν την κύρια πλατφόρμα. Το πλαίσιο συνδέει τις αρθρώσεις και τους συνδέσμους. Οι τελικοί ενεργοποιητές είναι τα μέρη που έρχονται σε επαφή με τον χρήστη ή το περιβάλλον, όπως μια λαβή ή μια πλάκα ποδιού. Οι συσκευές εισόδου, όπως τα κουμπιά ή τα joystick, χρειάζονται επίσης δομική στήριξη.
Κατασκευή Δομικών Μέρη
Η κατασκευή λαμαρίνας χειρίζεται τα περισσότερα πλαίσια και σασί. Η κοπή με λέιζερ διαμορφώνει επίπεδο υλικό με υψηλή ακρίβεια. Στη συνέχεια, οι μηχανές κάμψης διπλώνουν το μέταλλο σε τρισδιάστατα σχήματα. Η συγκόλληση ενώνει τα κομμάτια σε μία άκαμπτη μονάδα. Αυτή η αλυσίδα λειτουργεί καλά για μεσαία έως μεγάλα εξαρτήματα.
Η κατεργασία CNC αναλαμβάνει την παραγωγή εξαρτημάτων ακριβείας. Οι βάσεις σύνδεσης, οι έδρες ρουλεμάν και οι πλάκες στήριξης χρειάζονται αυστηρές ανοχές. Ένας φρέζα ή τόρνος CNC κόβει μέταλλο σε ακριβείς διαστάσεις. Η χύτευση με έγχυση καλύπτει τα πολυμερή περιβλήματα. Το λιωμένο πλαστικό γεμίζει ένα χαλύβδινο καλούπι, ψύχεται και εξέρχεται ως τελικό κέλυφος. Αυτή η μέθοδος είναι κατάλληλη για παραγωγή μεγάλου όγκου καλυμμάτων και περιβλημάτων.
Υλικά για Κατασκευές
Η επιλογή υλικού καθορίζει το βάρος, την αντοχή και το κόστος. Δείτε πώς συγκρίνονται οι συνηθισμένες επιλογές:
| Υλικα | Ιδιότητα κλειδιού | Τυπική χρήση |
| Κράματα αλουμινίου | Ελαφρύ, ισχυρό, εύκολο στην κατεργασία | Πλαίσια, στηρίγματα |
| Τιτάνιο | Υψηλός λόγος αντοχής προς βάρος | Φέρουσες αρθρώσεις |
| Σύνθετα ανθρακονήματα | Πολύ άκαμπτο, πολύ ελαφρύ | Χέρια, σύνδεσμοι |
| Μηχανικά πλαστικά | Φθηνό, εύκαμπτο, μονωτικό | Περιβλήματα, καλύμματα |
Τα κράματα αλουμινίου αποτελούν ιδανική επιλογή για πολλά φορετά εξαρτήματα ρομπότ. Κατασκευάζονται γρήγορα και αντιστέκονται στη διάβρωση. Το τιτάνιο κοστίζει περισσότερο, αλλά η αναλογία αντοχής προς βάρος του αποδίδει σε αρθρώσεις υψηλού φορτίου. Τα σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα προσφέρουν εξαιρετική ακαμψία σε χαμηλό βάρος, κάτι που έχει σημασία για βραχίονες που ταλαντεύονται όλη την ημέρα. Τα πλαστικά μηχανικής συμπληρώνουν τη λίστα για περιβλήματα και μη φέροντα εξαρτήματα.
Η επιλογή των κατάλληλων υλικών είναι μια πράξη ισορροπίας. Ένα βαρύτερο πλαίσιο δίνει την αίσθηση στιβαρότητας, αλλά κουράζει τον χρήστη. Ένα ελαφρύτερο μπορεί να λυγίσει υπό φορτίο. Οι καλές κατασκευαστικές αποφάσεις σε αυτό το στάδιο καθορίζουν αν η τελική φορετή συσκευή θα σας φανεί σαν εργαλείο ή σαν βάρος.
Συστήματα ελέγχου σε εξαρτήματα φορετών ρομπότ
Ο εγκέφαλος του ρομπότ
Το σύστημα ελέγχου λειτουργεί σαν τον εγκέφαλο ενός φορετού ρομπότ. Λαμβάνει δεδομένα από όλους τους αισθητήρες, καθορίζει τι πρέπει να κάνει στη συνέχεια και λέει στους ενεργοποιητές τι να κάνουν. Αυτός ο κύκλος επαναλαμβάνεται πολλές φορές κάθε δευτερόλεπτο. Εάν είναι πολύ αργός, το ρομπότ ακούγεται σπασμωδικό στον χρήστη.
Το σύστημα έχει τέσσερα κύρια μέρη. Ο ελεγκτής είναι ο επεξεργαστής που εκτελεί τη λογική. Η μονάδα ελέγχου περιέχει τα ηλεκτρονικά ισχύος και την επεξεργασία σήματος. Το λογισμικό λέει στο υλικό ποιους κανόνες πρέπει να ακολουθήσει. Οι διεπαφές συσκευών εισόδου συνδέουν κουμπιά, joystick ή εφαρμογές τηλεφώνου στην κύρια πλακέτα. Μαζί, αυτά τα μέρη μετατρέπουν τα ακατέργαστα σήματα σε ομαλή, ασφαλή κίνηση.
Υλικό Ελέγχου Παραγωγής
Η κατασκευή της πλακέτας ελέγχου ξεκινά με την κατασκευή της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος (PCB). Οι χάλκινες γραμμές χαράσσονται σε μια πλακέτα από υαλοβάμβακα. Στη συνέχεια, η πλακέτα προχωρά στη συναρμολόγηση με τεχνολογία επιφανειακής τοποθέτησης (SMT). Οι μηχανές τοποθετούν μικροσκοπικά τσιπ στην πλακέτα και η συγκόλληση επαναφοράς τα συγκρατεί στη θέση τους.
Η SMT είναι πολύ σημαντική για εύκαμπτα κυκλώματα σε μαλακά ρομπότ. Λιγότερες οπές και συνδέσεις συγκόλλησης σημαίνουν λιγότερα σημεία που μπορούν να παρουσιάσουν βλάβη.
Επίσης, το γεγονός ότι διαθέτει λιγότερες οπές και κολλήσεις καθιστά το ρομπότ πιο αξιόπιστο. Με λιγότερα σημεία σύνδεσης, υπάρχουν λιγότερα σημεία όπου μπορεί να πάνε στραβά. Αυτό σημαίνει ότι τα ρομποτικά συστήματα μπορούν να λειτουργούν για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα χωρίς να χρειάζονται επισκευές.
Μετά τη συναρμολόγηση, προστίθενται οι μικροελεγκτές και τα τσιπ. Στη συνέχεια, η πλακέτα σφραγίζεται σε μια θήκη για να την προστατεύει από τη σκόνη, τον ιδρώτα και τις κρούσεις. Αυτό το βήμα καθορίζει εάν τα ηλεκτρονικά μπορούν να αντέξουν την καθημερινή χρήση.
Λογισμικό και υλικολογισμικό
Το υλικολογισμικό είναι ο κώδικας που αποθηκεύεται στον μικροελεγκτή. Χειρίζεται την ενσωμάτωση αισθητήρων, αντλώντας δεδομένα από IMU, αισθητήρες δύναμης και κωδικοποιητές σε μία ροή. Η σύντηξη αισθητήρων συνδυάζει αυτές τις μετρήσεις σε μία σαφή εικόνα της κίνησης του χρήστη.
Οι αλγόριθμοι ελέγχου σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιούν στη συνέχεια αυτήν την εικόνα. Υπολογίζουν πόση ροπή πρέπει να δίνει κάθε ενεργοποιητής. Ο βρόχος ελέγχου πρέπει να ολοκληρωθεί γρήγορα, διαφορετικά το ρομπότ υστερεί στον χρήστη. Ένα καλό υλικολογισμικό χειρίζεται επίσης ελέγχους ασφαλείας, όπως η διακοπή της τροφοδοσίας όταν εμφανιστεί κάποιο πρόβλημα.
Από πρακτική άποψη, το λογισμικό και το υλικό πρέπει να συνεργάζονται. Μια εξαιρετική μητρική πλακέτα με κακό υλικολογισμικό εξακολουθεί να φαίνεται χαλασμένη. Οι μηχανικοί δοκιμάζουν και τα δύο μέρη ως ένα σύστημα πριν κυκλοφορήσει οποιοδήποτε φορετό ρομπότ.
Διαδικασίες κατεργασίας για εξαρτήματα φορετών ρομπότ
Αφαιρετική Βιομηχανία
Οι αφαιρετικές μέθοδοι αφαιρούν υλικό από ένα συμπαγές μπλοκ μέχρι να δημιουργηθεί το τελικό σχήμα. Η κατεργασία CNC είναι η κορυφαία επιλογή σε αυτήν την ομάδα. Ένα εργαλείο περιστροφής κόβει μέταλλο με υψηλή ακρίβεια και οι μηχανές 5 αξόνων μπορούν να φτάσουν σε γωνίες που οι διατάξεις 3 αξόνων δεν μπορούν. Για τις αρθρώσεις εξωσκελετού αλουμινίου, η κατεργασία CNC 5 αξόνων επιτυγχάνει φινίρισμα επιφάνειας Ra 0.2 µm. Η τυπική κατεργασία από κράμα αλουμινίου συνήθως φτάνει τα 0.8 µm. Αυτό το κενό έχει σημασία όταν τα εξαρτήματα ολισθαίνουν μεταξύ τους ή φέρουν βαριά φορτία.
Η κοπή με λέιζερ και η κοπή με υδροβολή χειρίζονται επίπεδα εξαρτήματα από υλικό και φύλλα. Κάθε μέθοδος έχει αντισταθμίσεις για τα φορετά εξαρτήματα ρομπότ. Δείτε πώς συγκρίνονται για τα σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα:
| Χαρακτηριστικό | Κοπή λέιζερ | Κοπή Νεροχύτη |
| Πλάτος εγκοπής | Στενή εγκοπή | Ευρύτερη εγκοπή από το λέιζερ |
| Ποιότητα άκρης | Κομψή, τετράγωνη άκρη· μικρή ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα | Λεία σατινέ άκρη, χωρίς ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα |
| Καταλληλότητα ινών άνθρακα | Δεν συνιστάται — τοξικοί ατμοί | Συνιστάται — η ψυχρή διάβρωση αφήνει τη δομή άθικτη |
Η κοπή με λέιζερ προσφέρει απαράμιλλη ακρίβεια για λεπτά φύλλα από ανθρακονήματα κάτω των 5 mm. Η διαδικασία χωρίς επαφή εξαλείφει τη φθορά του εργαλείου. Ωστόσο, η θερμική βλάβη αποτελεί κίνδυνο. Λανθασμένες ρυθμίσεις μπορούν να αποδυναμώσουν τους δεσμούς της ρητίνης. Η κοπή με υδροβολή είναι εξαιρετική για χοντρές ίνες άνθρακα άνω των 10 mm χωρίς θερμική παραμόρφωση. Η ροή λείανσης χειρίζεται τέλεια τα σύνθετα υλικά σε στρώσεις. Οι χαμηλότερες ταχύτητες και το υψηλότερο κόστος συντήρησης από τη φθορά των ακροφυσίων είναι τα μειονεκτήματα. Τα λεπτά φύλλα χρησιμοποιούνται με λέιζερ. Οι χοντρές πλάκες χρησιμοποιούνται με υδροβολή. Τα απλά σχήματα λειτουργούν και με τα δύο. Οι τρισδιάστατες καμπύλες χρειάζονται CNC.
Παραγωγή προσθέτων
Η τρισδιάστατη εκτύπωση κατασκευάζει εξαρτήματα στρώμα-στρώση από ψηφιακά αρχεία. Αυτή η διαδικασία είναι εξαιρετική κατά τη δημιουργία πρωτοτύπων και την παραγωγή εξαρτημάτων κατά παραγγελία. Η FDM ωθεί το λιωμένο πλαστικό μέσω ενός ακροφυσίου. Είναι φθηνή και γρήγορη, κάτι που ταιριάζει στους πρώιμους ελέγχους σχεδιασμού. Η SLA χρησιμοποιεί λέιζερ για να σκληρύνει την υγρή ρητίνη. Δημιουργεί πιο λείες επιφάνειες και λεπτότερες λεπτομέρειες. Η SLS συντήκει τη σκόνη με λέιζερ, δημιουργώντας ανθεκτικά εξαρτήματα χωρίς δομές στήριξης.
Για τα φορετά εξαρτήματα ρομπότ, η προσθετική κατασκευή μειώνει σημαντικά τους χρόνους παράδοσης. Μια προσαρμοσμένη προσθετική υποδοχή που κάποτε χρειαζόταν εβδομάδες για να κατασκευαστεί, τώρα μπορεί να εκτυπωθεί σε μέρες. Οι μηχανικοί επαναλαμβάνουν την εκτύπωση πιο γρήγορα επειδή συγκρατούν τα φυσικά εξαρτήματα πιο γρήγορα. Τα υλικά κυμαίνονται από βασικό PLA έως νάιλον μηχανικής ποιότητας και νήματα γεμισμένα με ανθρακονήματα. Κάθε επιλογή εξισορροπεί την αντοχή, το βάρος και το κόστος διαφορετικά.
Διαμορφωτικές και Ενταξιακές Διαδικασίες
Οι μέθοδοι διαμόρφωσης διαμορφώνουν το υλικό χωρίς να το κόβουν. Η χύτευση με έγχυση αναγκάζει το λιωμένο πλαστικό να εισαχθεί σε ένα χαλύβδινο καλούπι. Το πλαστικό ψύχεται και εξέρχεται ως τελικό κέλυφος. Αυτή η διαδικασία είναι κατάλληλη για παραγωγή μεγάλου όγκου περιβλημάτων και καλυμμάτων. Η θερμοδιαμόρφωση θερμαίνει ένα πλαστικό φύλλο μέχρι να μαλακώσει και στη συνέχεια το τραβάει πάνω από ένα καλούπι. Λειτουργεί καλά για μεγάλα, λεπτά μέρη όπως κελύφη κράνους ή πάνελ αμαξώματος.
Οι διαδικασίες σύνδεσης συγκρατούν ξεχωριστά κομμάτια. Η συγκόλληση συντήκει τα μεταλλικά μέρη με θερμότητα ή πίεση. Η συγκόλληση με συγκολλητικό χρησιμοποιεί χημικούς δεσμούς για τη σύνδεση επιφανειών. Οι κόλλες κατανέμουν την τάση ομοιόμορφα και λειτουργούν σε ανόμοια υλικά. Ένας βραχίονας από ανθρακονήματα συνδεδεμένος σε ένα αλουμινένιο στήριγμα επωφελείται από αυτήν την προσέγγιση. Η σωστή μέθοδος σύνδεσης εξαρτάται από τον τύπο φορτίου, το ζεύγος υλικών και την περιβαλλοντική έκθεση. Από πρακτική άποψη, η καλύτερη διαδικασία κατασκευής για φορετά εξαρτήματα ρομπότ συχνά συνδυάζει πολλές μεθόδους σε μία συναρμολόγηση.
Σκέψεις σχεδιασμού για εξαρτήματα φορετών ρομπότ
Βάρος, άνεση και εργονομία
Ένα φορετό ρομπότ που ζυγίζει πάρα πολύ δεν βοηθάει κανέναν. Οι άνθρωποι απλώς σταματούν να το φορούν. Κάθε γραμμάριο μετράει σε μια οκτάωρη βάρδια. Οι μηχανικοί επιλέγουν ελαφριά υλικά όπως αλουμίνιο και ανθρακονήματα. Αφαιρούν υλικό από εκεί που δεν χρειάζεται. Η άνεση εξαρτάται από το πώς η συσκευή εφαρμόζει στο σώμα σας. Οι ιμάντες χρειάζονται επένδυση. Οι αρθρώσεις πρέπει να ταιριάζουν με τον τρόπο που κινείστε φυσικά. Η κακή εφαρμογή προκαλεί τριβή και πόνο.
Τα εργονομικά πρότυπα βοηθούν στην σωστή εφαρμογή. Το πρότυπο ISO 11228 ορίζει κανόνες για την ανύψωση και τη μεταφορά. Υποδεικνύει στους σχεδιαστές πόσο βάρος είναι ασφαλές και ποιες θέσεις των χεριών λειτουργούν καλύτερα. Για παράδειγμα, προτείνει σταθερή λαβή με ουδέτερο καρπό και προειδοποιεί για ακραίες γωνίες. Αυτό διαμορφώνει άμεσα τον τρόπο κατασκευής των εξωσκελετικών στηριγμάτων βραχίονα. Ένα άλλο πρότυπο, το ISO 11226, καλύπτει τις στατικές στάσεις εργασίας. Δίνει κανόνες για σχέδια όπου οι εργαζόμενοι παραμένουν ακίνητοι για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Για τους εξωσκελετούς καρπού στα εργοστάσια, αυτοί οι κανόνες για τη χειρωνακτική διακίνηση και τη στατική στάση του σώματος είναι οι πιο χρήσιμες οδηγίες.
Αυτοί οι κανόνες βοηθούν τους μηχανικούς να αποφασίσουν πού να προσθέσουν στήριξη και πού να αφήσουν την κίνηση ελεύθερη. Ένας καλός σχεδιασμός σάς επιτρέπει να λυγίζετε φυσικά ενώ το ρομπότ φέρει το φορτίο.
Ανθεκτικότητα και ασφάλεια
Τα εξαρτήματα του ρομπότ υφίστανται ιδρώτα, σκόνη και επαναλαμβανόμενη καταπόνηση. Μια βάση που ραγίζει μετά από μία εβδομάδα είναι άχρηστη. Η ανθεκτικότητα ξεκινά με την επιλογή του σωστού υλικού. Τα μέταλλα πρέπει να αντιστέκονται στη σκουριά. Τα πλαστικά πρέπει να αντέχουν στις κρούσεις. Η διαχείριση της θερμότητας έχει επίσης σημασία. Οι κινητήρες θερμαίνονται κατά τη χρήση. Εάν συσσωρευτεί θερμότητα, τα εξαρτήματα χαλούν ή ο χρήστης καίγεται. Οι σχεδιαστές προσθέτουν αεραγωγούς ή ψύκτρες για να διατηρούν χαμηλές τις θερμοκρασίες.
Τα πρότυπα ασφαλείας θέτουν τον πήχη για το τι είναι αποδεκτό. Το ISO 13482 καλύπτει τα ρομπότ προσωπικής φροντίδας. Περιλαμβάνει τα κινητά ρομπότ-υπηρετές, τα ρομπότ φυσικού βοηθού (που καλύπτει τους εξωσκελετούς) και τα ρομπότ μεταφοράς ατόμων. Για τους εξωσκελετούς, το πρότυπο απαιτεί συγκεκριμένα χαρακτηριστικά που εμπίπτουν σε τρεις κατηγορίες:
- Εγγενώς ασφαλής μηχανικός σχεδιασμός — προστασία από σημεία τριβής, συμμόρφωση με την επιφάνεια και σταθερότητα.
- Λειτουργική ασφάλεια και έλεγχος — στάσεις έκτακτης ανάγκης, έλεγχος ταχύτητας, περιορισμός δύναμης/ροπής και ανίχνευση περιβάλλοντος.
- Προβλέψιμη, ελεγχόμενη συμπεριφορά — σαφείς ενδείξεις πρόθεσης, προσβάσιμη διακοπή έκτακτης ανάγκης και ομαλή υποβάθμιση.
Αυτές οι απαιτήσεις ωθούν τους σχεδιαστές να σκεφτούν τι μπορεί να πάει στραβά. Ένας αισθητήρας χαλάει. Η μπαταρία πεθαίνει κατά τη διάρκεια της ανύψωσης. Το ρομπότ πρέπει να παρουσιάσει βλάβη με ασφάλεια. Η τήρηση αυτών των προτύπων ανοίγει αγορές και χτίζει εμπιστοσύνη.
Σχεδιασμός για τη μείωση των τραυματισμών
Ολόκληρος ο στόχος ενός εξωσκελετού είναι η μείωση των τραυματισμών. Στα εργοστάσια, οι εργαζόμενοι τραυματίζονται στην πλάτη τους από την ανύψωση βαρέων αντικειμένων. Οι εξωσκελετοί στηρίζουν τη σπονδυλική στήλη και αναλαμβάνουν μέρος αυτού του φορτίου. Σε εργοτάξια, η εργασία πάνω από το κεφάλι καταπονεί τους ώμους. Τα στηρίγματα βραχιόνων συγκρατούν το βάρος. Μετακινώντας τις δυνάμεις μακριά από το σώμα του χρήστη, αυτές οι συσκευές αποτρέπουν τη βλάβη των μυών και των οστών πριν ξεκινήσει.
Οι ιατρικές συσκευές ακολουθούν την ίδια ιδέα. Ένας εξωσκελετός αποκατάστασης βοηθά τους ασθενείς που έχουν υποστεί εγκεφαλικό επεισόδιο να περπατήσουν ξανά. Αλλά πρέπει επίσης να τους προστατεύει από πτώσεις. Οι αισθητήρες ανιχνεύουν πότε ο ασθενής είναι ασταθής. Το σύστημα ελέγχου διακόπτει την παροχή ρεύματος ή προσαρμόζει την υποστήριξη. Οι σχεδιαστές προσθέτουν επένδυση στα σημεία επαφής. Διαμορφώνουν τα πλαίσια για να αποφεύγουν την καταπόνηση των οστών. Κάθε λεπτομέρεια στοχεύει στην επούλωση, όχι στη βλάβη.
Ο καλός σχεδιασμός κάνει περισσότερα από το να υποστηρίζει τον χρήστη. Τον προστατεύει ενεργά. Μια καλά τοποθετημένη συσκευή δίνει μια φυσική αίσθηση. Κινείστε ελεύθερα και το ρομπότ βοηθάει χωρίς να σας εμποδίζει. Ο κακός σχεδιασμός δημιουργεί νέους κινδύνους, όπως τσίμπημα ή υπερθέρμανση. Γι' αυτό τα πρότυπα έχουν σημασία και οι δοκιμές είναι κρίσιμες. Όταν οι μηχανικοί κάνουν το σωστό, αυτά τα μηχανήματα κάνουν τις επικίνδυνες εργασίες ασφαλέστερες και βοηθούν τους ανθρώπους να αναρρώσουν από τραυματισμούς γρηγορότερα.
Υλικά για Φορετά Ρομποτικά Εξαρτήματα
Μέταλλα και κράματα
Τα μέταλλα κάνουν τη βαριά ανύψωση στα περισσότερα φορετά εξαρτήματα ρομπότ. Τα κράματα αλουμινίου είναι η καλύτερη επιλογή για σκελετούς και βάσεις. Είναι ελαφριά, ανθεκτικά και εύκολα στην κατεργασία. Το τιτάνιο κοστίζει περισσότερο, αλλά η υψηλή αναλογία αντοχής προς βάρος το καθιστά ιδανικό για φέρουσες αρθρώσεις. Ο ανοξείδωτος χάλυβας συμπληρώνει τη λίστα. Αντέχει στη σκουριά και αντέχει σε υψηλές καταπονήσεις, κάτι που ταιριάζει σε δομικούς πείρους και συνδετήρες.
Η επιλογή του σωστού μετάλλου είναι η βασική δουλειά. Ένας εξωσκελετός ισχίου χρειάζεται ακαμψία χωρίς επιπλέον βάρος. Το αλουμίνιο το χειρίζεται καλά. Μια άρθρωση γόνατος που αντέχει σε επαναλαμβανόμενες κρούσεις μπορεί να χρειάζεται τιτάνιο. Ο ανοξείδωτος χάλυβας είναι κατάλληλος για εξαρτήματα που είναι ανθεκτικά στον ιδρώτα και τις καιρικές συνθήκες. Κάθε μέταλλο φέρνει τη δική του ισορροπία βάρους, αντοχής και κόστους.
Πολυμερή και Σύνθετα Υλικά
Τα πλαστικά και τα σύνθετα υλικά καλύπτουν τα πάντα, από περιβλήματα έως συνδέσμους βραχιόνων. Το ABS είναι ένα πλαστικό γενικής χρήσης για μηχανικούς σκοπούς. Έχει καλή αντοχή σε κρούσεις, διαμορφώνεται εύκολα και δέχεται καλά χρώματα και φινιρίσματα. Αυτό το καθιστά πρότυπο για περιβλήματα ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης και περιβλήματα εξοπλισμού. Το πολυανθρακικό (PC) προσφέρει ακόμη υψηλότερη αντοχή σε κρούσεις. Προσφέρει επίσης διαστατική σταθερότητα και οπτική διαύγεια σε φυσική ποιότητα. Διατίθενται ποιότητες ανθεκτικές στην υπεριώδη ακτινοβολία για εξωτερική χρήση.
| πλαστικός | Αντίσταση αντίκτυπου |
| ABS | Ψηλά |
| Πολυανθρακικό (PC) | Πολύ ψηλά |
Τα μείγματα PC/ABS προσφέρουν βελτιωμένη κρούση και ευκολότερη επεξεργασία από το μη γεμισμένο PC. Για τα φορετά εξαρτήματα ρομπότ, αυτό έχει σημασία όταν τα καλύμματα πρέπει να αντέχουν σε πτώσεις και καθημερινή φθορά. Τα σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα προσφέρουν εξαιρετική ακαμψία με χαμηλό βάρος. Το fiberglass κοστίζει λιγότερο και εξακολουθεί να προσθέτει αντοχή. Το νάιλον είναι κατάλληλο για γρανάζια και αναλώσιμα εξαρτήματα. Αυτά τα υλικά επιτρέπουν στους μηχανικούς να μειώσουν το βάρος χωρίς να θυσιάσουν την ανθεκτικότητα.
Έξυπνα και λειτουργικά υλικά
Τα έξυπνα υλικά αλλάζουν σχήμα ή ιδιότητες όταν ενεργοποιούνται. Τα κράματα με μνήμη σχήματος επιστρέφουν σε μια σταθερή μορφή όταν θερμαίνονται. Αυτό τα καθιστά χρήσιμα για συμπαγείς ενεργοποιητές. Τα πιεζοηλεκτρικά υλικά παράγουν φορτίο όταν συμπιέζονται. Μπορούν επίσης να αλλάξουν σχήμα όταν εφαρμόζεται τάση. Αυτά τα υλικά υποστηρίζουν την ανίχνευση και την κίνηση σε στενούς χώρους.
Τα αγώγιμα υφάσματα δίνουν ζωή στη μαλακή ρομποτική. Μεταφέρουν σήματα και ισχύ μέσω του υφάσματος. Αυτό επιτρέπει στη μαλακή ρομποτική να λυγίζει και να τεντώνεται με το σώμα. Η μαλακή ρομποτική εξαρτάται από αυτά τα εύκαμπτα υλικά για άνετη χρήση. Η μαλακή ρομποτική τα χρησιμοποιεί επίσης για την ανίχνευση πίεσης. Η μαλακή ρομποτική επωφελείται από υφάσματα που είναι αγώγιμα χωρίς να είναι άκαμπτα. Η μαλακή ρομποτική συνεχίζει να υιοθετεί νέα έξυπνα υλικά κάθε χρόνο. Οι ερευνητές μαλακής ρομποτικής δοκιμάζουν αγώγιμα υφάσματα για ενεργοποίηση που μοιάζει με μυ. Η μαλακή ρομποτική μπορεί μια μέρα να αντικαταστήσει τα άκαμπτα μέρη σε πολλές φορετές συσκευές. Η μαλακή ρομποτική εμφανίζεται ήδη σε γάντια αποκατάστασης και βοηθητικές στολές. Η μαλακή ρομποτική αντιπροσωπεύει μια σημαντική αλλαγή στον τρόπο με τον οποίο οι μηχανικοί κατασκευάζουν μηχανήματα φιλικά προς τον άνθρωπο.
Εφαρμογές Φορητών Ρομποτικών Στοιχείων
Βιομηχανικές και Μεταποιητικές Εφαρμογές
Τα εργοστάσια χρησιμοποιούν πλέον φορετά εξαρτήματα ρομπότ καθημερινά. Οι εργαζόμενοι τοποθετούν εξωσκελετούς πριν από μια μεγάλη βάρδια σε μια γραμμή συναρμολόγησης. Αυτές οι συσκευές υποστηρίζουν την πλάτη, τους ώμους και τα πόδια κατά τη διάρκεια εργασιών που κάνετε ξανά και ξανά. Ένα βιομηχανικό φορετό ρομπότ δεν αντικαθιστά τον εργαζόμενο. Αντίθετα, βοηθά στη μεταφορά του σωματικού φορτίου.
Οι αυτοκινητοβιομηχανίες άρχισαν να τα χρησιμοποιούν νωρίς. Οι εργαζόμενοι στη συναρμολόγηση που σηκώνουν τα χέρια τους πάνω από τα κεφάλια τους για ώρες αποκτούν εξωσκελετούς στήριξης των βραχιόνων. Η συσκευή συγκρατεί το βάρος του εργαλείου, έτσι ώστε οι μύες των ώμων να μπορούν να ξεκουράζονται. Οι εργαζόμενοι στον τομέα της εφοδιαστικής που σηκώνουν κιβώτια όλη μέρα φορούν στολές στήριξης πλάτης. Αυτές οι χρήσεις μειώνουν την κούραση και ενισχύουν την αποδοτικότητα των εργαζομένων κατά τη διάρκεια της βάρδιας. Τα ίδια εξαρτήματα εμφανίζονται στις κατασκευές, τη γεωργία και την αποθήκευση. Κάθε ρύθμιση χρειάζεται διαφορετικό μείγμα αισθητήρων, ενεργοποιητών και πλαισίων.
Ιατρικές και Αποκαταστατικές Εφαρμογές
Οι γιατροί και οι θεραπευτές χρησιμοποιούν φορετά ρομποτικά εξαρτήματα με ισχυρούς τρόπους. Ένα ιατρικό φορετό ρομπότ βοηθά τους ασθενείς να περπατήσουν ξανά μετά από εγκεφαλικό επεισόδιο ή τραυματισμό στη σπονδυλική στήλη. Οι ηλεκτρικοί εξωσκελετοί καθοδηγούν τα πόδια μέσω ενός φυσικού μοτίβου βαδίσματος. Συσκευές αποκατάστασης όπως αυτές επιτρέπουν στους θεραπευτές να επικεντρώνονται στην πρόοδο αντί να κρατούν τον ασθενή όρθιο. Τα προσθετικά άκρα με ηλεκτρικές αρθρώσεις προσφέρουν πίσω τη λαβή και την ισορροπία σε άτομα με ακρωτηριασμούς. Τα ρομπότ χειρουργικής βοήθειας χρησιμοποιούν επίσης την ίδια τεχνολογία αισθητήρων και ενεργοποιητών.
Αποτελέσματα από κλινικές το επιβεβαιώνουν αυτό. Σε μια μελέτη μετά από εγκεφαλικό επεισόδιο, 7 στους 9 ασθενείς που χρησιμοποίησαν εξωσκελετό βελτιώθηκαν στο περπάτημα. Έφτασαν σε επίπεδο 2 έως 4 σε μια δοκιμασία βάδισης. Εν τω μεταξύ, 6 στους 8 ασθενείς που δεν χρησιμοποίησαν εξωσκελετό παρέμειναν στα χαμηλότερα επίπεδα (0 έως 1). Οι βαθμολογίες ποιότητας ζωής ήταν πολύ υψηλότερες στην ομάδα του εξωσκελετού, με μεσαία βαθμολογία 0.767 σε σύγκριση με 0.434 για την άλλη ομάδα. Δεν σημειώθηκαν σοβαρά άσχημα συμβάντα.
Οι χρήστες αξιολόγησαν την ασφάλεια και την άνεση με μεσαία βαθμολογία 4.5 στα 5. Κάποιοι εξακολουθούσαν να παραπονιούνται για το βάρος και τη διάρκεια ζωής του. Αυτά τα σχόλια ωθούν τους μηχανικούς να συνεχίσουν να βελτιώνουν κάθε εξάρτημα.
Εφαρμογές που ενισχύουν την ασφάλεια των εργαζομένων
Το μεγαλύτερο κέρδος από αυτά τα μηχανήματα είναι η ασφάλεια των εργαζομένων. Οι τραυματισμοί στην πλάτη, οι τραυματισμοί στους ώμους και η φθορά των αρθρώσεων πλήττουν τις σωματικά απαιτητικές εργασίες. Οι τραυματισμοί στους μύες και τα οστά κοστίζουν στις εταιρείες δισεκατομμύρια κάθε χρόνο σε χαμένο χρόνο. Τα φορετά εξαρτήματα ρομπότ μετατοπίζουν τη δύναμη μακριά από το σώμα και μέσα στο πλαίσιο. Αυτή η απλή αλλαγή σταματά τη ζημιά πριν καν ξεκινήσει.
Η καλή στήριξη της στάσης του σώματος έχει τη μεγαλύτερη σημασία κατά την επαναλαμβανόμενη ανύψωση βάρους. Ένας εξωσκελετός διατηρεί τη σπονδυλική στήλη σε ασφαλή καμπύλη και μοιράζεται το φορτίο. Οι εργαζόμενοι παραμένουν παραγωγικοί για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα και επιστρέφουν στο σπίτι χωρίς πόνο. Από πρακτικής άποψης, η ασφάλεια και η παραγωγικότητα δεν είναι αντίθετες εδώ. Αναπτύσσονται μαζί. Η μαλακή ρομποτική προσθέτει ένα ακόμη επίπεδο, καθιστώντας αυτές τις στολές ελαφρύτερες και πιο άνετες. Η μαλακή ρομποτική επιτρέπει στη συσκευή να λυγίζει με το σώμα αντί να το παλεύει. Οι εκτεταμένες χρήσεις στην υγειονομική περίθαλψη, την αποθήκευση και την κατασκευή συνεχίζουν να αυξάνονται καθώς η τεχνολογία βελτιώνεται.
NOBLE: Κατασκευή Φορητών Εξαρτημάτων Ρομπότ
Δεξιότητες στην επεξεργασία μετάλλων και πλαστικών
Η NOBLE είναι γνωστή για την επεξεργασία μετάλλου και πλαστικού, και αυτή η εστίαση ταιριάζει καλά σε φορετά ρομποτικά εξαρτήματα. Τα πλαίσια, οι βάσεις και τα περιβλήματα συνδέσεων χρειάζονται ακριβή μεγέθη και λεία φινιρίσματα κάθε φορά. Η εταιρεία κάνει κατεργασία CNC, εργασίες με λαμαρίνα και χύτευση με έγχυση, όλα σε ένα μέρος. Αυτό το μείγμα καλύπτει πλαίσια αλουμινίου, συνδέσεις τιτανίου και πλαστικά καλύμματα χωρίς να στέλνει την εργασία σε άλλα συνεργεία.
Η χρήση ενός συνεργάτη τόσο για μέταλλο όσο και για πλαστικό εξοικονομεί χρόνο. Εάν αλλάξει ο σχεδιασμός ενός βραχίονα, δεν χρειάζεται να βρείτε νέο προμηθευτή. Οι μηχανικοί αλλάζουν το αρχείο CAD και το συνεργείο κατασκευάζει μια νέα έκδοση. Για φορητές συσκευές που περνούν από πολλά δοκιμαστικά μοντέλα, αυτή η ταχύτητα είναι σημαντική.
Πιστοποιήσεις και Ποιότητα
Τα συστήματα ποιότητας δείχνουν ποιοι κατασκευαστές είναι σοβαροί και ποιοι όχι. Η NOBLE διαθέτει πιστοποιήσεις ISO 9001:2015 και ISO 13485:2016. Το δεύτερο έχει πραγματικά σημασία για όποιον κατασκευάζει ιατρικά προϊόντα ή προϊόντα υγειονομικής περίθαλψης.
Η πιστοποίηση ISO 13485 καταδεικνύει τη δέσμευση για τα υψηλότερα πρότυπα ποιότητας, ασφάλειας και νομικής αριστείας στην κατασκευή ιατροτεχνολογικών προϊόντων.
Αυτή η δέσμευση αποδίδει με πραγματικούς τρόπους. Οι πιστοποιημένοι προμηθευτές συχνά λαμβάνουν:
- Έγκριση ως αξιόπιστοι προμηθευτές από μεγάλες εταιρείες ιατροτεχνολογικών προϊόντων.
- Υψηλότερες τιμές επειδή οι πελάτες έχουν λιγότερη δουλειά για να τις ελέγξουν.
- Λιγότεροι έλεγχοι πελατών, καθώς η πιστοποίηση ISO πληροί πολλές απαιτήσεις αξιολόγησης.
- Ταχύτερη εγγραφή νέων πελατών ιατροτεχνολογικών προϊόντων.
Ένας κατασκευαστής αποστειρωμένων συσκευών με συμβόλαιο απέκτησε το ISO 13485 και μείωσε τον χρόνο έγκρισης από τους πελάτες από 12 μήνες σε 4 μήνες. Οι επισκέψεις ελέγχου μειώθηκαν από τέσσερις φορές ετησίως σε μία φορά ετησίως. Οι αξίες των συμβάσεων αυξήθηκαν κατά 25% μέσω καλύτερης τοποθέτησης και η εταιρεία εισήλθε σε ευρωπαϊκές αγορές που κάποτε φαινόταν κλειστές. Αυτά τα αποτελέσματα δείχνουν τι μπορεί να κάνει ένα ισχυρό σύστημα ποιότητας για ένα πρόγραμμα φορετών ρομπότ.
Πλήρης Υπηρεσία από το Σχεδιασμό έως τη Συναρμολόγηση
Η NOBLE κάνει περισσότερα από το να λειτουργεί απλώς μηχανήματα. Η ομάδα βοηθά σε όλη τη διαδρομή, από το σχεδιασμό έως τη συναρμολόγηση. Ξεκινά με ανατροφοδότηση σχετικά με το σχεδιασμό για την κατασκευή. Οι μηχανικοί επισημαίνουν χαρακτηριστικά που θα είναι δύσκολο να κατεργαστούν ή να διαμορφωθούν πριν από την κοπή των εργαλείων. Στη συνέχεια ακολουθούν τα μοντέλα δοκιμών, τα εργαλεία παραγωγής και η τελική συναρμολόγηση και δοκιμή.
Αυτή η ολοκληρωμένη προσέγγιση ταιριάζει σε φορετά εξαρτήματα ρομπότ επειδή τα εξαρτήματα συνεργάζονται. Μια βάση αισθητήρα πρέπει να ευθυγραμμίζεται με το πλαίσιο. Ένα περίβλημα πρέπει να αφήνει χώρο για τον ενεργοποιητή. Όταν μία ομάδα χειρίζεται κάθε βήμα, αυτές οι συνδέσεις ελέγχονται νωρίς. Οι αναγνώστες που έχουν κατά νου ένα έργο μπορούν να επικοινωνήσουν με την NOBLE και να ξεκινήσουν αυτή τη συζήτηση.
Ένα φορετό ρομπότ χρειάζεται πέντε βασικά μέρη: αισθητήρες, ενεργοποιητές, δομικά στοιχεία, τροφοδοτικά και συστήματα ελέγχου. Η φωτολιθογραφία δημιουργεί μικροσκοπικούς αισθητήρες MEMS. Η περιέλιξη του πηνίου και η κατεργασία CNC κατασκευάζουν τους ενεργοποιητές. Η κατεργασία CNC διαμορφώνει επίσης τα πλαίσια. Η χύτευση με έγχυση σχηματίζει πλαστικά περιβλήματα. Η συναρμολόγηση PCB κατασκευάζει πίνακες ελέγχου. Η παραγωγή μπαταριών τροφοδοτεί ολόκληρη τη συσκευή. Υλικά όπως οι ίνες άνθρακα διατηρούν το βάρος χαμηλό χωρίς να χάνουν την αντοχή τους. Ο καλός σχεδιασμός βοηθά στη μείωση των τραυματισμών και διατηρεί τους εργαζόμενους ασφαλείς κατά τη διάρκεια μεγάλων βαρδιών. Η προηγμένη κατασκευή προωθεί την φορετή ρομποτική με καλύτερα υλικά και μεθόδους κάθε χρόνο. Εάν έχετε ένα έργο φορετού ρομπότ, η NOBLE προσφέρει πλήρη υποστήριξη από το σχεδιασμό έως τη συναρμολόγηση.
Συχνές ερωτήσεις σχετικά με τα εξαρτήματα φορετών ρομπότ
Ποια είναι τα κύρια εξαρτήματα των φορετών ρομπότ;
Πέντε κύριες κατηγορίες καλύπτουν σχεδόν κάθε συσκευή: αισθητήρες, ενεργοποιητές, δομικά μέρη, τροφοδοτικά και συστήματα ελέγχου. Οι αισθητήρες διαβάζουν την κίνηση και τη δύναμη. Οι ενεργοποιητές δημιουργούν κίνηση. Τα δομικά μέρη συγκρατούν τα πάντα ενωμένα. Τα τροφοδοτικά λειτουργούν με ηλεκτρονικά. Τα συστήματα ελέγχου συνδέουν τα πάντα μεταξύ τους και αποφασίζουν τι θα συμβεί στη συνέχεια.
Ποια διαδικασία κατασκευής παράγει κάθε εξάρτημα;
Κάθε στοιχείο φορετού ρομπότ έχει τη δική του διαδικασία. Η φωτολιθογραφία και η κατασκευή MEMS κατασκευάζουν μικροαισθητήρες. Η κατεργασία CNC και οι ενεργοποιητές διαμόρφωσης περιελίξεων. Η κατεργασία με λαμαρίνα και η χύτευση με έγχυση διαμορφώνουν πλαίσια και περιβλήματα. Η συναρμολόγηση PCB κατασκευάζει πλακέτες ελέγχου. Η παραγωγή κυψελών μπαταριών κατασκευάζει τα τροφοδοτικά.
Γιατί οι αισθητήρες είναι τόσο σημαντικοί σε ένα φορετό ρομπότ;
Οι αισθητήρες ενημερώνουν το ρομπότ για τις κινήσεις του σώματός σας. Μια μονάδα IMU παρακολουθεί τις γωνίες των αρθρώσεων. Μια αντίσταση ευαίσθητη στη δύναμη μετρά τη λαβή. Ένας αισθητήρας EMG διαβάζει τα μυϊκά σήματα. Εάν η ανίχνευση είναι λανθασμένη, η συσκευή σας πολεμά αντί να σας βοηθά. Ο χρόνος απόκρισης έχει επίσης σημασία — ο έλεγχος της προσθετικής συσκευής χρειάζεται μετρήσεις κάτω των 300 ms για να είναι φυσικός.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ άκαμπτων και μαλακών ενεργοποιητών;
Οι άκαμπτοι ενεργοποιητές χρησιμοποιούν κινητήρες, γρανάζια και κιβώτια ταχυτήτων. Προσφέρουν υψηλή δύναμη και ακριβή έλεγχο. Οι μαλακοί ενεργοποιητές χρησιμοποιούν πίεση αέρα, ύφασμα και εύκαμπτα υλικά. Κάμπτονται με το σώμα σας και απορροφούν καλύτερα τις κρούσεις. Το μειονέκτημα είναι η χαμηλότερη ισχύς εξόδου και συχνά χρειάζονται αντλίες ή σωλήνες αέρα.
Ποια υλικά είναι καλύτερα για δομικά στοιχεία;
Εξαρτάται από την εργασία. Τα κράματα αλουμινίου είναι ελαφριά και εύκολα στην κατεργασία, επομένως χρησιμοποιούνται για πλαίσια και στηρίγματα. Το τιτάνιο έχει υψηλή αναλογία αντοχής προς βάρος για φέρουσες αρθρώσεις. Τα σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα παραμένουν άκαμπτα με χαμηλό βάρος. Τα πλαστικά μηχανικής χειρίζονται περιβλήματα και καλύμματα σε χαμηλό κόστος.
Πρέπει τα φορετά ρομπότ να πληρούν τα πρότυπα ασφαλείας;
Ναι, και οι κανόνες εξαρτώνται από τη χρήση. Το πρότυπο ISO 13482 καλύπτει τα ρομπότ προσωπικής φροντίδας, συμπεριλαμβανομένων των εξωσκελετών. Απαιτεί προστασία από σημεία τριβής, στάσεις έκτακτης ανάγκης και όρια δύναμης. Τα πρότυπα ISO 11228 και ISO 11226 καθοδηγούν τον εργονομικό σχεδιασμό για ανύψωση και στατικές στάσεις. Η τήρηση αυτών των προτύπων χτίζει εμπιστοσύνη και ανοίγει τις αγορές.
Μπορεί η τρισδιάστατη εκτύπωση να αντικαταστήσει την κατεργασία CNC για αυτά τα εξαρτήματα;
Όχι εντελώς. Η προσθετική κατασκευή είναι ιδανική για πρωτότυπα και εξατομικευμένες εργασίες. Μια προσαρμοσμένη προσθετική υποδοχή που κάποτε χρειαζόταν εβδομάδες μπορεί να εκτυπωθεί σε μέρες. Αλλά τα πλαίσια και οι αρθρώσεις παραγωγής εξακολουθούν να χρειάζονται κατεργασία CNC για περιορισμένες ανοχές και λείες επιφάνειες. Οι περισσότερες κατασκευές συνδυάζουν και τις δύο μεθόδους, καθώς και χύτευση με έγχυση για περιβλήματα μεγάλου όγκου.
Πώς μπορώ να επιλέξω έναν συνεργάτη παραγωγής;
Αναζητήστε την επεξεργασία μετάλλου και πλαστικού κάτω από την ίδια στέγη, καθώς τα πλαίσια, οι ενώσεις και τα περιβλήματα ταιριάζουν όλα μεταξύ τους. Ελέγξτε τις πιστοποιήσεις ποιότητας — το ISO 9001:2015 καλύπτει τη γενική ποιότητα και το ISO 13485:2016 έχει σημασία για τις ιατρικές συσκευές. Ένας συνεργάτης που χειρίζεται την ανατροφοδότηση σχεδιασμού, τη δημιουργία πρωτοτύπων και την τελική συναρμολόγηση εξοικονομεί χρόνο και εντοπίζει έγκαιρα τα προβλήματα εφαρμογής.
