वेयरेबल रोबोट एक ऐसा उपकरण है जिसे शरीर पर पहना जाता है ताकि चलने-फिरने में मदद मिल सके। इसके लिए पांच मुख्य घटकों की आवश्यकता होती है: सेंसर, एक्चुएटर, संरचनात्मक घटक, विद्युत आपूर्ति और नियंत्रण प्रणाली। प्रत्येक घटक को विशेष तरीके से बनाया जाता है। सेंसर फोटोलिथोग्राफी द्वारा, संरचनात्मक भाग सीएनसी मशीनिंग द्वारा, आवरण इंजेक्शन मोल्डिंग द्वारा, नियंत्रण प्रणाली पीसीबी असेंबली द्वारा और विद्युत आपूर्ति के लिए बैटरी सेल उत्पादन द्वारा निर्मित किए जाते हैं। अनुमान है कि इस वेयरेबल तकनीक का बाजार 2030 तक 11,889.36 मिलियन अमेरिकी डॉलर तक पहुंच जाएगा, जो 43.45% की सीएजीआर से बढ़ेगा। एक औद्योगिक एक्सोस्केलेटन या स्मार्ट प्रोस्थेटिक की कल्पना कीजिए। ये वेयरेबल रोबोट घटक मिलकर तनाव को कम करते हैं और कार्यक्षमता को बहाल करते हैं। आइए देखें कि सामग्री और विनिर्माण प्रक्रियाएं इन्हें कैसे साकार करती हैं।
पहनने योग्य रोबोट घटकों में सेंसर
सेंसर क्या करते हैं
सेंसर पहनने योग्य रोबोट के तंत्रिका तंत्र की तरह काम करते हैं। ये उपयोगकर्ता और आस-पास के वातावरण से गति, बल, स्थिति और शारीरिक संकेतों का पता लगाते हैं। सेंसर के बिना, डिवाइस को पता नहीं चलेगा कि आप चल रहे हैं, कुछ उठा रहे हैं या स्थिर खड़े हैं।
एक औद्योगिक बाह्य कंकाल के बारे में सोचें। इसे आपके कूल्हे का कोण, आपके द्वारा भार पर लगाया गया बल और आपकी मांसपेशियों में विद्युत गतिविधि का ज्ञान होना चाहिए। यह जानकारी नियंत्रक को भेजी जाती है, जो फिर यह तय करता है कि कितना सहायक बल देना है। यदि संवेदन गलत हो, तो रोबोट आपकी सहायता करने के बजाय आपके विरुद्ध कार्य करेगा।
इनर्शियल मेजरमेंट यूनिट्स (IMU) इसका एक अच्छा उदाहरण हैं। ये एक्सेलेरोमीटर, MEMS जाइरोस्कोप और फ्यूजन एल्गोरिदम को मिलाकर सटीक गति डेटा प्रदान करते हैं और स्मार्ट कंट्रोल को सपोर्ट करते हैं। इससे एक्सोस्केलेटन उपयोगकर्ता की इच्छाओं के अनुसार प्रतिक्रिया देने और स्वाभाविक रूप से फिट होने में मदद मिलती है। सॉफ्ट एक्सोस्केलेटन में, IMU कोण, कोणीय त्वरण और कोणीय वेग जैसे वास्तविक समय के गति डेटा को एकत्रित करते हैं। इससे नियंत्रण प्रणाली भूभाग को पहचान पाती है और गति मोड को सटीक रूप से समायोजित कर पाती है।
आईएमयू (IMU) इनडोर स्थानों के बाहर भी चाल विश्लेषण को संभव बनाते हैं, जिससे पारंपरिक मोशन कैप्चर सिस्टम की सीमाएं दूर हो जाती हैं। ये मानव गति के इरादे का अनुमान लगाने में सक्षम बनाते हैं, जो एक्सोस्केलेटन को नियंत्रित करने के लिए महत्वपूर्ण है। पहनने योग्य आईएमयू सिस्टम वांछित पथ तक पहुंचने के लिए सहायक रणनीतियों हेतु संदर्भ डेटा प्रदान करते हैं। शरीर के विभिन्न भागों पर लगाए गए कई आईएमयू जटिल डेटा एकत्र करते हैं और सेंसर फ्यूजन के माध्यम से गतिकी और जोड़ों के कोणों का अनुमान लगाते हैं।
सेंसर कैसे निर्मित होते हैं
इन उपकरणों के निर्माण की विधियाँ सेंसर के प्रकार के अनुसार भिन्न होती हैं। माइक्रो-सेंसर, जैसे कि आईएमयू के अंदर मौजूद एमईएमएस जाइरोस्कोप, फोटोलिथोग्राफी और एमईएमएस निर्माण पर निर्भर करते हैं। ये प्रक्रियाएँ सिलिकॉन वेफर्स पर परत दर परत, अत्यंत सटीकता के साथ छोटी यांत्रिक संरचनाएँ बनाती हैं।
लचीले और खिंचाव योग्य सेंसर एक अलग तरीका अपनाते हैं। स्क्रीन प्रिंटिंग में प्रवाहकीय स्याही को पॉलिमर सब्सट्रेट पर लगाया जाता है, जिससे पतले, मोड़ने योग्य संवेदन तत्व बनते हैं। यह विधि पहनने योग्य उपकरणों के लिए उपयुक्त है जहां सेंसर को शरीर की घुमावदार सतहों पर फिट होना आवश्यक होता है।
इसके बाद सेंसर मॉड्यूल पिक-एंड-प्लेस असेंबली प्रक्रिया से गुजरते हैं। मशीनें छोटे-छोटे घटकों को सर्किट बोर्ड पर तेज गति से लगाती हैं, और रिफ्लो सोल्डरिंग द्वारा उन्हें अपनी जगह पर स्थिर किया जाता है। व्यवहार में, विश्वसनीयता का निर्धारण लगभग किसी भी अन्य चरण से अधिक इसी चरण से होता है।
चीन की अग्रणी विनिर्माण कंपनी नोबल जैसी कंपनियां इस क्षेत्र में उत्कृष्ट सेवा क्षमताएं और पेशेवर मशीनिंग विशेषज्ञता प्रदान करती हैं। वे ग्राहकों को पहनने योग्य रोबोट घटकों के प्रोटोटाइप से लेकर बड़े पैमाने पर उत्पादन तक कुशलतापूर्वक आगे बढ़ने में मदद करती हैं, जिससे विकास चक्र काफी कम हो जाता है।
सामान्य सेंसर प्रकार
पहनने योग्य रोबोटिक्स में कई प्रकार के सेंसर बार-बार दिखाई देते हैं। जड़त्वीय मापन इकाइयाँ गति का पता लगाने का काम करती हैं। बल-संवेदनशील प्रतिरोधक दबाव और पकड़ बल को मापते हैं। इलेक्ट्रोमायोग्राफी (ईएमजी) सेंसर कृत्रिम अंगों के नियंत्रण के लिए मांसपेशियों की विद्युत गतिविधि को पढ़ते हैं। एनकोडर औद्योगिक रोबोट भुजाओं में जोड़ों के घूर्णन को ट्रैक करते हैं।
मायोइलेक्ट्रिक प्रोस्थेटिक्स के लिए ईएमजी सेंसर का प्रदर्शन बहुत मायने रखता है। इन विशिष्टताओं पर विचार करें:
| विशिष्टता | मायोवेयर मांसपेशी सेंसर | विकसित ईएमजी सेंसर |
| SNR | 23.39 डीबी | 32.95 डीबी |
| संवेदनशीलता | 0.159 वी/एन | 0.2943 वी/एन |
| उठने का समय | 323 एमएस | 136 एमएस |
| पतझड़ का समय | 261 एमएस | 408 एमएस |
विकसित ईएमजी सेंसर ने व्यावसायिक ईएमजी सेंसर की तुलना में 1.4 गुना अधिक एसएनआर मान और 45% अधिक संवेदनशीलता प्रदर्शित की। साथ ही, प्रस्तावित सेंसर आउटपुट प्रतिक्रिया उत्पन्न करने में व्यावसायिक सेंसर की तुलना में 57% अधिक तेज़ था।
कृत्रिम अंगों के नियंत्रण के लिए, कम प्रतिक्रिया समय (300 मिलीसेकंड से कम) और उच्च स्तर की सहजता वाले मध्यम गुणवत्ता वाले ईएमजी उपकरण की आवश्यकता होती है।
प्रतिक्रिया समय की यह सीमा बताती है कि सेंसर का चयन केवल सटीकता के आधार पर क्यों नहीं किया जाता। गति और सहजता ही तय करती हैं कि उपयोगकर्ता डिवाइस पर भरोसा करता है या नहीं। देर से प्रतिक्रिया देने वाला पहनने योग्य उपकरण अधूरा सा लगता है, भले ही उसकी रीडिंग एकदम सही हो।
पहनने योग्य रोबोट घटकों में एक्चुएटर्स
एक्चुएटर्स की भूमिका
एक्चुएटर्स ऊर्जा को गति में परिवर्तित करते हैं। इन्हें समझाने का यह सबसे सरल तरीका है। पहनने योग्य रोबोट में, ये मांसपेशियों की तरह काम करते हैं। ये विद्युत शक्ति का उपयोग करके गति उत्पन्न करते हैं, जिससे आपको उठाने, चलने या पकड़ने में मदद मिलती है।
अधिकांश एक्चुएटर्स की शुरुआत एक मोटर से होती है। मोटर तेज़ी से घूमती है, लेकिन उससे टॉर्क कम उत्पन्न होता है। ड्राइव सिस्टम और रिडक्शन गियर इस समस्या को हल करते हैं। ये घूमने की गति को कम करते हैं और बल को बढ़ाते हैं। फिर ट्रांसमिशन उस बल को जॉइंट या एंड इफेक्टर तक पहुंचाता है। पूरी प्रक्रिया महत्वपूर्ण है। एक कमज़ोर गियरबॉक्स एक शक्तिशाली मोटर की क्षमता को बेकार कर देता है।
सीरीज़ इलास्टिक एक्चुएटर्स मोटर और लोड के बीच एक स्प्रिंग जोड़ते हैं। यह डिज़ाइन प्राकृतिक रूप से झटके सहने की क्षमता और सुरक्षित लचीलापन प्रदान करता है। पुनर्वास एक्सोस्केलेटन में मानव-रोबोट के बीच शारीरिक संपर्क के लिए यह महत्वपूर्ण है। स्प्रिंग अचानक लगने वाले बलों को शरीर तक पहुंचाने के बजाय उन्हें अवशोषित कर लेता है।
इसके फायदे वास्तविक उपयोग में ही दिखाई देते हैं:
- पारदर्शी मानव-रोबोट अंतःक्रिया भारयुक्त चलने के दौरान चयापचय लागत को 10-15% तक कम कर देती है।
- एच2 एक्सोस्केलेटन में दिखाए गए अनुसार, बैकड्राइव करने योग्य बल नियंत्रण स्ट्रोक से उबरने में मदद करता है।
- परिवर्तनीय प्रतिबाधा डिजाइन कमजोर मांसपेशियों वाले बुजुर्ग उपयोगकर्ताओं के लिए अनुकूलनशीलता में सुधार करते हैं।
ये आंकड़े पुनर्वास अनुसंधान से प्राप्त हुए हैं। ये दर्शाते हैं कि अनुपालन मात्र एक अतिरिक्त लाभ नहीं है, बल्कि एक सुरक्षा उपाय है।
एक्चुएटर्स का निर्माण कैसे होता है
एक्चुएटर का उत्पादन कई चरणों वाली प्रक्रिया है। प्रत्येक चरण में सटीक माप की आवश्यकता होती है। एक चरण में हुई छोटी सी गलती भी पूरी इकाई को खराब कर सकती है।
सबसे पहले, सीएनसी मशीनिंग द्वारा मोटर हाउसिंग को आकार दिया जाता है। हाउसिंग को स्टेटर और रोटर को बिल्कुल सटीक संरेखण में रखना होता है। किसी भी प्रकार की हलचल से कंपन और शोर उत्पन्न होता है। इसके बाद कॉइल वाइंडिंग का कार्य आता है। मशीनें तांबे के तार को स्टेटर कोर के चारों ओर सटीक तनाव के साथ लपेटती हैं। ढीली कॉइल से ऊर्जा ऊष्मा के रूप में नष्ट होती है। कसी हुई कॉइल से तार टूटने का खतरा रहता है।
इसके बाद चुंबक संयोजन का चरण आता है। स्थायी चुंबकों को रोटर में सटीक स्थिति में लगाया जाता है। उनकी दिशा मोटर के टॉर्क स्थिरांक को निर्धारित करती है। फिर गियर काटने की प्रक्रिया से रिडक्शन गियर बनते हैं। हॉबिंग और शेपिंग मशीनों द्वारा ऐसे दांत काटे जाते हैं जो सुचारू रूप से आपस में जुड़ते हैं। खराब तरीके से काटे गए गियर जल्दी घिस जाते हैं और उनकी कार्यक्षमता कम हो जाती है।
एनकोडर का एकीकरण निर्माण प्रक्रिया को पूरा करता है। एनकोडर मोटर की स्थिति और गति को ट्रैक करता है और उस डेटा को नियंत्रक को वापस भेजता है। इसके बिना, एक्चुएटर निर्धारित स्थिति में नहीं जा सकता। नियंत्रण चक्र इसी फीडबैक पर निर्भर करता है।
व्यवहारिक दृष्टि से, इस श्रृंखला का हर चरण अंतिम प्रदर्शन को प्रभावित करता है। एक बेहतरीन मोटर, लेकिन खराब गियरबॉक्स के साथ, एक खराब मोटर की तरह ही काम करती है। निर्माताओं को हर चरण में गुणवत्ता नियंत्रण करना चाहिए।
सॉफ्ट और न्यूमेटिक एक्चुएटर्स
हर पहनने योग्य रोबोट में कठोर मोटर और गियर का उपयोग नहीं होता है। सॉफ्ट रोबोटिक्स एक अलग रास्ता अपनाता है। ये सिस्टम सॉफ्ट एक्चुएटर्स, कपड़े और लचीली सामग्रियों का उपयोग करते हैं। ये शरीर के साथ मुड़ते और फैलते हैं, न कि उसका विरोध करते हैं।
सॉफ्ट रोबोटिक्स इंजीनियरों के एक्चुएशन के बारे में सोचने के तरीके को बदल देता है। प्रत्येक जोड़ पर मोटर के बजाय, सॉफ्ट रोबोटिक्स हवा या तरल दबाव का उपयोग करता है। वायवीय कृत्रिम मांसपेशियां इसका एक सामान्य उदाहरण हैं। ये तब सिकुड़ती हैं जब बुनी हुई स्लीव के अंदर एक ब्लैडर में हवा भर जाती है। बुनी हुई स्लीव ब्लैडर को छोटा और बड़ा होने के लिए मजबूर करती है। यह गति एक वास्तविक मांसपेशी की तरह काम करती है।
इन एक्चुएटर्स के निर्माण में मोल्डिंग और फैब्रिकेशन शामिल है। सिलिकॉन या रबर को सांचे में डालकर ब्लैडर बनाया जाता है। बुनी हुई स्लीव इसके चारों ओर लपेटी जाती है। परतों को चिपकने वाले पदार्थ या गर्मी से जोड़ा जाता है। तैयार एक्चुएटर हल्का और लचीला होता है।
सॉफ्ट रोबोटिक्स पहनने योग्य उपकरणों के लिए स्पष्ट लाभ प्रदान करता है। इसकी सामग्रियां शरीर के अनुरूप ढल जाती हैं। ये दबाव बिंदुओं को कम करती हैं। साथ ही, ये कठोर भागों की तुलना में झटकों को बेहतर ढंग से अवशोषित करती हैं। स्ट्रोक के मरीजों या कारखाने के श्रमिकों की मदद करने वाले पहनने योग्य रोबोट के लिए, आराम ही यह तय करता है कि लोग वास्तव में इसका उपयोग करेंगे या नहीं।
सॉफ्ट रोबोटिक्स की कुछ कमियां भी हैं। ये एक्चुएटर मोटरों की तुलना में कम बल उत्पन्न करते हैं। इन्हें न्यूमेटिक लाइनों या पंपों की आवश्यकता होती है, जिससे इनका आकार बढ़ जाता है। फिर भी, पुनर्वास और सहायक उपकरणों में सॉफ्ट रोबोटिक्स का विकास जारी है। सॉफ्ट रोबोटिक्स के क्षेत्र में अनुसंधान के लिए लगातार धन आ रहा है। सॉफ्ट रोबोटिक्स अंततः कई पहनने योग्य अनुप्रयोगों में कठोर एक्चुएटरों की जगह ले सकता है। सॉफ्ट रोबोटिक्स मानव-अनुकूल मशीनों के प्रति इंजीनियरों के दृष्टिकोण में एक बड़ा बदलाव दर्शाता है। पहनने योग्य तकनीक के लिए सॉफ्ट रोबोटिक्स का भविष्य उज्ज्वल दिखता है।
पहनने योग्य रोबोट घटकों के संरचनात्मक घटक
संरचनात्मक तत्वों के कार्य
संरचनात्मक भाग पहनने योग्य रोबोट को उसका आकार और मजबूती प्रदान करते हैं। ये भार वहन करते हैं, अन्य सभी घटकों को अपनी जगह पर स्थिर रखते हैं और बल को शरीर के सही स्थानों तक पहुंचाते हैं। इन्हें कंकाल की तरह समझें। एक मजबूत ढांचे के बिना, सेंसर और एक्चुएटर्स को जुड़ने के लिए कोई सहारा नहीं मिलेगा।
संरचनात्मक भागों की सूची आम लोगों की सोच से कहीं अधिक लंबी है। इसमें आधार, मुख्य भाग, फ्रेम, चेसिस, एंड इफेक्टर्स और इनपुट डिवाइस शामिल हैं। आधार और चेसिस मिलकर मुख्य प्लेटफॉर्म बनाते हैं। फ्रेम जोड़ों और कड़ियों को जोड़ता है। एंड इफेक्टर्स वे भाग होते हैं जो उपयोगकर्ता या वातावरण के संपर्क में आते हैं, जैसे ग्रिप या फुट प्लेट। बटन या जॉयस्टिक जैसे इनपुट डिवाइस को भी संरचनात्मक रूप से स्थापित करने की आवश्यकता होती है।
संरचनात्मक भागों का निर्माण
शीट मेटल फैब्रिकेशन से अधिकांश फ्रेम और चेसिस बनाए जाते हैं। लेजर कटिंग से सपाट धातु को उच्च सटीकता के साथ आकार दिया जाता है। फिर बेंडिंग मशीनों द्वारा धातु को त्रि-आयामी आकार में मोड़ा जाता है। वेल्डिंग द्वारा टुकड़ों को जोड़कर एक मजबूत इकाई बनाई जाती है। यह प्रक्रिया मध्यम से बड़े आकार के पुर्जों के लिए उपयुक्त है।
सटीक पुर्जों के लिए सीएनसी मशीनिंग का उपयोग किया जाता है। जॉइंट ब्रैकेट, बेयरिंग सीट और माउंटिंग प्लेट में सटीक माप की आवश्यकता होती है। सीएनसी मिल या खराद मशीन धातु को सटीक माप में काटती है। इंजेक्शन मोल्डिंग पॉलिमर हाउसिंग के लिए उपयुक्त है। पिघला हुआ प्लास्टिक स्टील के सांचे में भरा जाता है, ठंडा होता है और तैयार खोल के रूप में बाहर निकल आता है। यह विधि कवर और आवरणों के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त है।
संरचनाओं के लिए सामग्री
सामग्री का चुनाव वजन, मजबूती और लागत को निर्धारित करता है। सामान्य विकल्पों की तुलना इस प्रकार है:
| सामग्री | मुख्य संपत्ति | विशिष्ट उपयोग |
| एल्यूमीनियम मिश्र धातु | हल्का, मजबूत, मशीनिंग में आसान | फ्रेम, ब्रैकेट |
| टाइटेनियम | उच्च शक्ति-से-वजन अनुपात | भार वहन करने वाले जोड़ |
| कार्बन फाइबर कंपोजिट | बहुत सख्त, बहुत हल्का | हथियार, लिंक |
| इंजीनियरिंग प्लास्टिक | सस्ता, लचीला, ऊष्मारोधी | आवास, आवरण |
कई पहनने योग्य रोबोट घटकों के लिए एल्यूमीनियम मिश्र धातुएँ सबसे उपयुक्त होती हैं। इनकी मशीनिंग जल्दी होती है और ये जंग प्रतिरोधी होती हैं। टाइटेनियम महंगा होता है, लेकिन इसका भार-सामग्री अनुपात उच्च भार वाले जोड़ों के लिए फायदेमंद साबित होता है। कार्बन फाइबर कंपोजिट कम वजन में उत्कृष्ट कठोरता प्रदान करते हैं, जो दिन भर हिलने वाले आर्म लिंक्स के लिए महत्वपूर्ण है। हाउसिंग और गैर-भार वहन करने वाले भागों के लिए इंजीनियरिंग प्लास्टिक सबसे उपयुक्त विकल्प हैं।
सही सामग्री का चुनाव करना एक संतुलन बनाने वाला काम है। भारी फ्रेम मजबूत तो लगता है, लेकिन उपयोगकर्ता को थका देता है। हल्का फ्रेम भार पड़ने पर झुक सकता है। इस चरण में लिए गए अच्छे विनिर्माण निर्णय ही तय करते हैं कि अंतिम पहनने योग्य उपकरण उपयोगी लगेगा या बोझ।
पहनने योग्य रोबोट घटकों में नियंत्रण प्रणाली
रोबोट का मस्तिष्क
नियंत्रण प्रणाली एक पहनने योग्य रोबोट के मस्तिष्क की तरह काम करती है। यह सभी सेंसरों से डेटा प्राप्त करती है, आगे क्या करना है यह तय करती है और एक्चुएटर्स को निर्देश देती है। यह चक्र प्रति सेकंड कई बार दोहराया जाता है। यदि यह बहुत धीमा हो जाता है, तो उपयोगकर्ता को रोबोट झटकेदार महसूस होता है।
इस सिस्टम के चार मुख्य भाग हैं। कंट्रोलर वह प्रोसेसर है जो लॉजिक को संचालित करता है। कंट्रोल यूनिट में पावर इलेक्ट्रॉनिक्स और सिग्नल कंडीशनिंग होती है। सॉफ्टवेयर हार्डवेयर को बताता है कि किन नियमों का पालन करना है। इनपुट डिवाइस इंटरफेस बटन, जॉयस्टिक या फोन ऐप्स को मेन बोर्ड से जोड़ते हैं। ये सभी भाग मिलकर कच्चे सिग्नलों को सुचारू और सुरक्षित गति में परिवर्तित करते हैं।
विनिर्माण नियंत्रण हार्डवेयर
कंट्रोल बोर्ड बनाने की शुरुआत पीसीबी बनाने से होती है। फाइबरग्लास बोर्ड पर कॉपर लाइनें उकेरी जाती हैं। फिर बोर्ड को सरफेस-माउंट तकनीक (एसएमटी) असेंबली के लिए भेजा जाता है। मशीनें बोर्ड पर छोटे-छोटे चिप्स लगाती हैं, और रिफ्लो सोल्डरिंग द्वारा उन्हें अपनी जगह पर स्थिर किया जाता है।
सॉफ्ट रोबोट में लचीले सर्किट के लिए एसएमटी बहुत महत्वपूर्ण है। कम छेद और सोल्डर जोड़ का मतलब है कि विफलता की संभावना वाले बिंदु भी कम हैं।
इसके अलावा, कम छेद और सोल्डर जॉइंट होने से रोबोट अधिक विश्वसनीय हो जाता है। कम कनेक्शन पॉइंट होने से खराबी की संभावना भी कम हो जाती है। इसका मतलब है कि रोबोटिक सिस्टम बिना किसी मरम्मत की आवश्यकता के लंबे समय तक काम कर सकते हैं।
असेंबली के बाद, माइक्रोकंट्रोलर और चिप्स लगाए जाते हैं। फिर बोर्ड को धूल, पसीने और झटकों से बचाने के लिए एक केस में सील कर दिया जाता है। इस चरण से यह तय होता है कि इलेक्ट्रॉनिक्स दैनिक उपयोग के लिए उपयुक्त हैं या नहीं।
सॉफ्टवेयर और फ़र्मवेयर
फर्मवेयर माइक्रोकंट्रोलर में संग्रहित कोड होता है। यह सेंसर एकीकरण का कार्य करता है, आईएमयू, बल सेंसर और एनकोडर से डेटा को एक ही स्ट्रीम में एकत्रित करता है। सेंसर फ्यूजन इन सभी रीडिंग को मिलाकर उपयोगकर्ता की गति का एक स्पष्ट चित्र प्रस्तुत करता है।
फिर रियल-टाइम कंट्रोल एल्गोरिदम उस तस्वीर का उपयोग करते हैं। वे पता लगाते हैं कि प्रत्येक एक्चुएटर को कितना टॉर्क देना चाहिए। कंट्रोल लूप को तेजी से पूरा होना चाहिए, अन्यथा रोबोट उपयोगकर्ता से पीछे रह जाएगा। बेहतर फर्मवेयर सुरक्षा जांच भी करता है, जैसे कि कोई समस्या आने पर बिजली काट देना।
व्यवहारिक दृष्टि से, सॉफ्टवेयर और हार्डवेयर को एक साथ काम करना आवश्यक है। खराब फर्मवेयर वाला एक बेहतरीन बोर्ड भी अधूरा सा लगता है। किसी भी पहनने योग्य रोबोट को भेजने से पहले इंजीनियर दोनों भागों को एक सिस्टम के रूप में परीक्षण करते हैं।
पहनने योग्य रोबोट घटकों के लिए मशीनिंग प्रक्रियाएं
घटाव विनिर्माण
घटाव विधियों में ठोस ब्लॉक से सामग्री को तब तक हटाया जाता है जब तक कि अंतिम आकार प्राप्त न हो जाए। इस श्रेणी में सीएनसी मशीनिंग सर्वोपरि है। एक घूमने वाला उपकरण धातु को उच्च परिशुद्धता के साथ काटता है, और 5-अक्षीय मशीनें उन कोणों तक पहुंच सकती हैं जहां 3-अक्षीय सेटअप नहीं पहुंच सकते। एल्यूमीनियम एक्सोस्केलेटन जोड़ों के लिए, 5-अक्षीय सीएनसी मशीनिंग से Ra 0.2 µm की सतह परिष्करण प्राप्त होती है। मानक एल्यूमीनियम मिश्र धातु मशीनिंग आमतौर पर Ra 0.8 µm तक पहुंचती है। यह अंतर तब महत्वपूर्ण होता है जब पुर्जे एक दूसरे के विरुद्ध फिसलते हैं या भारी भार वहन करते हैं।
लेजर कटिंग और वॉटरजेट कटिंग से फ्लैट स्टॉक और शीट पार्ट्स को काटा जा सकता है। पहनने योग्य रोबोट घटकों के लिए प्रत्येक विधि की अपनी-अपनी खूबियां और कमियां हैं। कार्बन फाइबर कंपोजिट के लिए इनकी तुलना देखें:
| विशेषता | लेजर काटना | वाटरजेट काटना |
| कर्फ़ चौड़ाई | संकीर्ण केर्फ | लेजर की तुलना में चौड़ा कट |
| किनारे की गुणवत्ता | कुरकुरा, चौकोर किनारा; छोटा ताप प्रभावित क्षेत्र | चिकना साटन किनारा; कोई ताप-प्रभावित क्षेत्र नहीं |
| कार्बन फाइबर की उपयुक्तता | अनुशंसित नहीं — जहरीली गैसें | अनुशंसित — शीत अपरदन से संरचना बरकरार रहती है |
5 मिमी से कम मोटाई वाली कार्बन फाइबर शीटों के लिए लेजर कटिंग बेजोड़ सटीकता प्रदान करती है। यह नॉन-कॉन्टैक्ट प्रक्रिया है, जिससे टूल का घिसाव कम होता है। हालांकि, थर्मल क्षति का खतरा बना रहता है। गलत सेटिंग्स से रेज़िन बॉन्ड कमजोर हो सकते हैं। वाटरजेट कटिंग 10 मिमी से अधिक मोटाई वाले कार्बन फाइबर को बिना ताप विरूपण के बेहतरीन तरीके से काटती है। इसकी अपघर्षक धारा परतदार कंपोजिट को आसानी से संभाल लेती है। हालांकि, इसकी कम गति और नोजल के घिसने से रखरखाव की लागत अधिक होना इसके नुकसान हैं। पतली शीटों के लिए लेजर और मोटी प्लेटों के लिए वाटरजेट उपयुक्त हैं। सरल आकृतियों के लिए दोनों ही तकनीकें काम करती हैं। त्रि-आयामी वक्रों के लिए सीएनसी की आवश्यकता होती है।
Additive विनिर्माण
3D प्रिंटिंग डिजिटल फाइलों से परत दर परत पुर्जे बनाती है। यह प्रक्रिया प्रोटोटाइपिंग और कस्टम पुर्जों के उत्पादन के लिए बेहतरीन है। FDM पिघले हुए प्लास्टिक को नोजल के माध्यम से धकेलती है। यह सस्ती और तेज़ है, जो शुरुआती डिज़ाइन जांच के लिए उपयुक्त है। SLA तरल राल को सुखाने के लिए लेजर का उपयोग करती है। इससे चिकनी सतहें और बारीक विवरण बनते हैं। SLS पाउडर को लेजर से पिघलाकर बिना किसी सपोर्ट स्ट्रक्चर के मजबूत पुर्जे बनाती है।
पहनने योग्य रोबोट घटकों के लिए, एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग से निर्माण समय में काफी कमी आती है। एक कस्टम प्रोस्थेटिक सॉकेट जिसे बनाने में पहले हफ्तों लगते थे, अब कुछ ही दिनों में प्रिंट हो जाता है। इंजीनियर तेजी से सुधार कर पाते हैं क्योंकि उन्हें भौतिक पुर्जे जल्दी मिल जाते हैं। सामग्री में बेसिक पीएलए से लेकर इंजीनियरिंग-ग्रेड नायलॉन और कार्बन-फाइबर से भरे फिलामेंट्स तक शामिल हैं। प्रत्येक विकल्प मजबूती, वजन और लागत के बीच अलग-अलग संतुलन बनाता है।
रचनात्मक और सहभागिता प्रक्रियाएँ
फॉर्मेटिव विधियों में सामग्री को बिना काटे आकार दिया जाता है। इंजेक्शन मोल्डिंग में पिघले हुए प्लास्टिक को स्टील के सांचे में डाला जाता है। प्लास्टिक ठंडा होकर तैयार खोल के रूप में बाहर निकल आता है। यह प्रक्रिया हाउसिंग और कवर के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त है। थर्मोफॉर्मिंग में प्लास्टिक की शीट को नरम होने तक गर्म किया जाता है, फिर उसे सांचे पर खींचा जाता है। यह हेलमेट के खोल या बॉडी पैनल जैसे बड़े, पतले हिस्सों के लिए अच्छी तरह काम करती है।
जोड़ने की प्रक्रियाएँ अलग-अलग हिस्सों को आपस में जोड़ती हैं। वेल्डिंग में गर्मी या दबाव से धातु के हिस्सों को आपस में जोड़ा जाता है। चिपकने वाले पदार्थ रासायनिक बंधों का उपयोग करके सतहों को जोड़ते हैं। चिपकने वाले पदार्थ तनाव को समान रूप से फैलाते हैं और भिन्न-भिन्न सामग्रियों पर काम करते हैं। एल्यूमीनियम ब्रैकेट से जुड़ी कार्बन फाइबर भुजा इस विधि से लाभान्वित होती है। सही जोड़ने की विधि भार के प्रकार, सामग्री के जोड़े और पर्यावरणीय परिस्थितियों पर निर्भर करती है। व्यावहारिक दृष्टिकोण से, पहनने योग्य रोबोट घटकों के लिए सर्वोत्तम निर्माण प्रक्रिया अक्सर एक ही संयोजन में कई विधियों का संयोजन होती है।
पहनने योग्य रोबोट घटकों के लिए डिजाइन संबंधी विचार
वजन, आराम और एर्गोनॉमिक्स
बहुत भारी पहनने योग्य रोबोट किसी के काम का नहीं होता। लोग उसे पहनना ही छोड़ देते हैं। आठ घंटे की ड्यूटी में हर ग्राम मायने रखता है। इंजीनियर एल्युमीनियम और कार्बन फाइबर जैसी हल्की सामग्री चुनते हैं। वे अनावश्यक सामग्री हटा देते हैं। आराम इस बात पर निर्भर करता है कि डिवाइस आपके शरीर पर कैसे फिट बैठता है। पट्टियों में गद्दी होनी चाहिए। जोड़ आपके शरीर की स्वाभाविक गति के अनुरूप होने चाहिए। गलत फिटिंग से रगड़ और दर्द हो सकता है।
एर्गोनॉमिक मानक सही फिट सुनिश्चित करने में सहायक होते हैं। ISO 11228 भार उठाने और ले जाने के लिए नियम निर्धारित करता है। यह डिज़ाइनरों को बताता है कि कितना भार सुरक्षित है और हाथों की कौन सी स्थिति सबसे उपयुक्त है। उदाहरण के लिए, यह कलाई को सीधी रखते हुए मज़बूत पकड़ का सुझाव देता है और अत्यधिक कोणों से बचने की चेतावनी देता है। इससे एक्सोस्केलेटन आर्म सपोर्ट के निर्माण पर सीधा प्रभाव पड़ता है। एक अन्य मानक, ISO 11226, स्थिर कार्य मुद्राओं को कवर करता है। यह उन डिज़ाइनों के लिए नियम प्रदान करता है जहाँ श्रमिक लंबे समय तक स्थिर रहते हैं। कारखानों में कलाई के एक्सोस्केलेटन के लिए, मैनुअल हैंडलिंग और स्थिर मुद्रा संबंधी ये नियम सबसे उपयोगी दिशानिर्देश हैं।
ये नियम इंजीनियरों को यह तय करने में मदद करते हैं कि कहाँ सहारा देना है और कहाँ गति को स्वतंत्र रहने देना है। एक अच्छा डिज़ाइन आपको स्वाभाविक रूप से झुकने की सुविधा देता है जबकि रोबोट भार वहन करता है।
स्थायित्व और सुरक्षा
रोबोट के पुर्जों को पसीना, धूल और लगातार दबाव का सामना करना पड़ता है। एक ब्रैकेट जो एक सप्ताह में टूट जाता है, बेकार हो जाता है। टिकाऊपन सही सामग्री के चुनाव से शुरू होता है। धातुओं को जंग प्रतिरोधी होना चाहिए। प्लास्टिक को झटकों को सहन करने में सक्षम होना चाहिए। ऊष्मा प्रबंधन भी महत्वपूर्ण है। उपयोग के दौरान मोटर गर्म हो जाती हैं। यदि गर्मी बढ़ जाती है, तो पुर्जे खराब हो जाते हैं या उपयोगकर्ता जल जाता है। डिज़ाइनर तापमान को कम रखने के लिए वेंट या हीट सिंक लगाते हैं।
सुरक्षा मानक यह निर्धारित करते हैं कि क्या स्वीकार्य है। ISO 13482 व्यक्तिगत देखभाल रोबोटों को कवर करता है। इसमें मोबाइल सेवक रोबोट, शारीरिक सहायक रोबोट (जिसमें एक्सोस्केलेटन शामिल हैं) और व्यक्ति वाहक रोबोट शामिल हैं। एक्सोस्केलेटन के लिए, मानक में विशिष्ट विशेषताओं की आवश्यकता होती है जो तीन श्रेणियों में आती हैं:
- अंतर्निहित रूप से सुरक्षित यांत्रिक डिजाइन — पिंच-पॉइंट सुरक्षा, सतह की अनुकूलता और स्थिरता।
- कार्यात्मक सुरक्षा और नियंत्रण — आपातकालीन स्टॉप, गति नियंत्रण, बल/टॉर्क सीमित करना और पर्यावरणीय संवेदन।
- पूर्वानुमानित, नियंत्रणीय व्यवहार — स्पष्ट इरादे के संकेत, सुलभ आपातकालीन स्टॉप और सहज पतन।
ये आवश्यकताएँ डिज़ाइनरों को इस बात पर विचार करने के लिए प्रेरित करती हैं कि क्या-क्या गड़बड़ हो सकती है। कोई सेंसर खराब हो सकता है। भार उठाते समय बैटरी खत्म हो सकती है। रोबोट को सुरक्षित रूप से विफल होना चाहिए। इन मानकों को पूरा करने से बाज़ार खुलते हैं और विश्वास बढ़ता है।
चोटों को कम करने के लिए डिजाइन करना
एक्सोस्केलेटन का मुख्य उद्देश्य चोटों को कम करना है। कारखानों में, भारी सामान उठाने से श्रमिकों की पीठ में चोट लग जाती है। एक्सोस्केलेटन रीढ़ की हड्डी को सहारा देते हैं और भार का कुछ हिस्सा कम करते हैं। निर्माण स्थलों पर, सिर के ऊपर काम करने से कंधों पर दबाव पड़ता है। आर्म सपोर्ट भार को संभालते हैं। उपयोगकर्ता के शरीर से बल को दूर करके, ये उपकरण मांसपेशियों और हड्डियों को क्षति होने से पहले ही रोकते हैं।
चिकित्सा उपकरण भी इसी सिद्धांत पर आधारित हैं। पुनर्वास एक्सोस्केलेटन स्ट्रोक रोगियों को फिर से चलने में मदद करता है। लेकिन साथ ही, यह उन्हें गिरने से भी बचाता है। सेंसर रोगी की अस्थिरता का पता लगाते हैं। नियंत्रण प्रणाली बिजली काट देती है या सहारे को समायोजित करती है। डिज़ाइनर संपर्क बिंदुओं पर गद्दी लगाते हैं। वे हड्डियों पर तनाव से बचने के लिए फ्रेम को आकार देते हैं। हर छोटी से छोटी बात का उद्देश्य उपचार करना है, नुकसान पहुंचाना नहीं।
अच्छा डिज़ाइन उपयोगकर्ता को सहारा देने से कहीं अधिक करता है। यह सक्रिय रूप से उपयोगकर्ता की सुरक्षा करता है। एक सही ढंग से फिट किया गया उपकरण स्वाभाविक लगता है। आप स्वतंत्र रूप से चलते हैं, और रोबोट बिना किसी बाधा के आपकी मदद करता है। खराब डिज़ाइन से चुभन या अत्यधिक गर्मी जैसे नए जोखिम पैदा होते हैं। यही कारण है कि मानक महत्वपूर्ण हैं और परीक्षण इतना अहम है। जब इंजीनियर सही डिज़ाइन बनाते हैं, तो ये मशीनें खतरनाक कामों को सुरक्षित बनाती हैं और लोगों को चोट से जल्दी उबरने में मदद करती हैं।
पहनने योग्य रोबोट घटकों के लिए सामग्री
धातु और मिश्र
अधिकांश पहनने योग्य रोबोट घटकों में धातुएँ मुख्य भूमिका निभाती हैं। फ्रेम और ब्रैकेट के लिए एल्यूमीनियम मिश्र धातुएँ सबसे उपयुक्त विकल्प हैं। ये हल्की, मजबूत और आसानी से मशीनिंग योग्य होती हैं। टाइटेनियम महंगा है, लेकिन इसका उच्च शक्ति-से-भार अनुपात इसे भार वहन करने वाले जोड़ों के लिए आदर्श बनाता है। स्टेनलेस स्टील इस सूची को पूरा करता है। यह जंग प्रतिरोधी है और उच्च तनाव को सहन कर सकता है, जो संरचनात्मक पिन और फास्टनरों के लिए उपयुक्त है।
सही धातु का चुनाव काम पर निर्भर करता है। कूल्हे के एक्सोस्केलेटन फ्रेम को बिना अतिरिक्त वजन के मज़बूती चाहिए होती है। एल्युमीनियम इस ज़रूरत को बखूबी पूरा करता है। घुटने के जोड़ पर बार-बार पड़ने वाले झटकों के लिए टाइटेनियम उपयुक्त हो सकता है। स्टेनलेस स्टील उन हिस्सों के लिए उपयुक्त है जो पसीने और मौसम के संपर्क में आते हैं। प्रत्येक धातु अपने वजन, मजबूती और लागत के संतुलन के साथ आती है।
पॉलिमर और कंपोजिट
प्लास्टिक और कंपोजिट सामग्री से हाउसिंग से लेकर आर्म लिंक तक सब कुछ बनता है। ABS एक सामान्य उपयोग वाला इंजीनियरिंग प्लास्टिक है। इसमें अच्छी प्रभाव प्रतिरोधक क्षमता होती है, इसे आसानी से ढाला जा सकता है और इस पर पेंट और फिनिशिंग अच्छी तरह से चढ़ती है। यही कारण है कि यह उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स हाउसिंग और उपकरण आवरणों के लिए मानक है। पॉलीकार्बोनेट (PC) इससे भी अधिक प्रभाव प्रतिरोधक क्षमता प्रदान करता है। प्राकृतिक ग्रेड में यह आयामी स्थिरता और प्रकाशीय स्पष्टता भी प्रदान करता है। बाहरी उपयोग के लिए UV-प्रतिरोधी ग्रेड भी उपलब्ध हैं।
| प्लास्टिक | प्रभाव प्रतिरोध |
| ABS | हाई |
| पॉली कार्बोनेट (पीसी) | बहुत ऊँचा |
PC/ABS मिश्रण, शुद्ध PC की तुलना में बेहतर प्रभाव प्रतिरोध और आसान प्रसंस्करण प्रदान करते हैं। पहनने योग्य रोबोट घटकों के लिए यह महत्वपूर्ण है, क्योंकि इनके आवरणों को गिरने और दैनिक टूट-फूट से सुरक्षित रहना होता है। कार्बन फाइबर कंपोजिट कम वजन में उत्कृष्ट कठोरता प्रदान करते हैं। फाइबरग्लास कम लागत में भी मजबूती प्रदान करता है। नायलॉन गियर और घिसावट वाले पुर्जों के लिए उपयुक्त है। ये सामग्रियां इंजीनियरों को टिकाऊपन से समझौता किए बिना वजन कम करने में मदद करती हैं।
स्मार्ट और कार्यात्मक सामग्री
स्मार्ट पदार्थ उत्तेजित होने पर अपना आकार या गुण बदल लेते हैं। आकार-स्मृति मिश्र धातुएँ गर्म करने पर अपने निर्धारित आकार में वापस आ जाती हैं। यही कारण है कि ये कॉम्पैक्ट एक्चुएटर्स के लिए उपयोगी हैं। पीजोइलेक्ट्रिक पदार्थ दबाने पर आवेश उत्पन्न करते हैं। वोल्टेज लगाने पर ये अपना आकार भी बदल सकते हैं। ये पदार्थ तंग स्थानों में संवेदन और गति को सक्षम बनाते हैं।
चालक वस्त्रों से सॉफ्ट रोबोटिक्स संभव हो पाता है। ये कपड़े के माध्यम से सिग्नल और बिजली का परिवहन करते हैं। इससे सॉफ्ट रोबोटिक्स शरीर के साथ मुड़ और फैल सकता है। आरामदायक पहनने के लिए सॉफ्ट रोबोटिक्स इन लचीले पदार्थों पर निर्भर करता है। सॉफ्ट रोबोटिक्स इनका उपयोग दबाव संवेदन के लिए भी करता है। सॉफ्ट रोबोटिक्स को ऐसे कपड़ों से लाभ मिलता है जो कठोर महसूस किए बिना विद्युत का संचालन करते हैं। सॉफ्ट रोबोटिक्स हर साल नए स्मार्ट पदार्थों को अपना रहा है। सॉफ्ट रोबोटिक्स शोधकर्ता मांसपेशियों जैसी क्रियाशीलता के लिए चालक वस्त्रों का परीक्षण कर रहे हैं। सॉफ्ट रोबोटिक्स एक दिन कई पहनने योग्य उपकरणों में कठोर भागों की जगह ले सकता है। सॉफ्ट रोबोटिक्स पहले से ही पुनर्वास दस्तानों और सहायक सूटों में दिखाई देता है। सॉफ्ट रोबोटिक्स इस बात में एक बड़ा बदलाव दर्शाता है कि इंजीनियर मानव-अनुकूल मशीनें कैसे बनाते हैं।
पहनने योग्य रोबोट घटकों के अनुप्रयोग
औद्योगिक और विनिर्माण अनुप्रयोग
कारखानों में अब हर दिन पहनने योग्य रोबोट के पुर्जों का उपयोग होता है। श्रमिक असेंबली लाइन पर लंबी शिफ्ट से पहले एक्सोस्केलेटन पहनते हैं। ये उपकरण बार-बार किए जाने वाले कार्यों के दौरान पीठ, कंधों और पैरों को सहारा देते हैं। औद्योगिक पहनने योग्य रोबोट श्रमिक का स्थान नहीं लेता, बल्कि शारीरिक भार उठाने में सहायता करता है।
कार कंपनियों ने इनका इस्तेमाल शुरू कर दिया था। असेंबली वर्कर जो घंटों तक अपने हाथ सिर के ऊपर उठाते हैं, उन्हें आर्म-सपोर्ट एक्सोस्केलेटन दिए जाते हैं। यह उपकरण औजारों का वजन संभालता है, जिससे कंधे की मांसपेशियों को आराम मिलता है। लॉजिस्टिक्स वर्कर जो दिन भर बक्से उठाते हैं, वे बैक-सपोर्ट सूट पहनते हैं। इन उपयोगों से थकान कम होती है और शिफ्ट के दौरान कामगारों की कार्यक्षमता बढ़ती है। यही पुर्जे निर्माण, कृषि और भंडारण में भी दिखाई देते हैं। प्रत्येक क्षेत्र में सेंसर, एक्चुएटर और फ्रेम के अलग-अलग संयोजन की आवश्यकता होती है।
चिकित्सा एवं पुनर्वास अनुप्रयोग
डॉक्टर और थेरेपिस्ट पहनने योग्य रोबोट के पुर्जों का इस्तेमाल कई कारगर तरीकों से करते हैं। एक मेडिकल पहनने योग्य रोबोट स्ट्रोक या रीढ़ की हड्डी की चोट के बाद मरीजों को दोबारा चलने में मदद करता है। पावर से चलने वाले एक्सोस्केलेटन पैरों को प्राकृतिक चलने के पैटर्न में गाइड करते हैं। इस तरह के पुनर्वास उपकरण थेरेपिस्ट को मरीज को सहारा देने के बजाय उसकी प्रगति पर ध्यान केंद्रित करने में मदद करते हैं। पावर से चलने वाले जोड़ों वाले कृत्रिम अंग अंग विच्छेदित लोगों को पकड़ और संतुलन वापस देते हैं। सर्जिकल सहायता रोबोट भी इसी सेंसर और एक्चुएटर तकनीक का उपयोग करते हैं।
क्लिनिकों के परिणाम इस बात की पुष्टि करते हैं। एक अध्ययन में, स्ट्रोक के बाद, एक्सोस्केलेटन का उपयोग करने वाले 9 में से 7 मरीज़ों की चलने की क्षमता में सुधार हुआ। वे चलने की परीक्षा में 2 से 4 के स्तर तक पहुँच गए। वहीं, एक्सोस्केलेटन का उपयोग न करने वाले 8 में से 6 मरीज़ सबसे निचले स्तर (0 से 1) पर ही रहे। एक्सोस्केलेटन समूह में जीवन की गुणवत्ता का स्कोर काफी अधिक था, जिसका औसत स्कोर 0.767 था, जबकि दूसरे समूह का स्कोर 0.434 था। कोई गंभीर दुर्घटना नहीं हुई।
उपयोगकर्ताओं ने सुरक्षा और आराम को 5 में से 4.5 का औसत स्कोर दिया। कुछ ने इसके वजन और टिकाऊपन को लेकर शिकायत की। इस प्रतिक्रिया से इंजीनियरों को हर हिस्से को बेहतर बनाने की प्रेरणा मिलती है।
श्रमिक सुरक्षा बढ़ाने वाले अनुप्रयोग
इन मशीनों का सबसे बड़ा लाभ श्रमिकों की सुरक्षा में वृद्धि है। पीठ की चोटें, कंधे में खिंचाव और जोड़ों का घिसाव शारीरिक रूप से कठिन नौकरियों में आम समस्याएँ हैं। मांसपेशियों और हड्डियों की चोटों के कारण कंपनियों को हर साल अरबों डॉलर का नुकसान होता है। रोबोट के पहनने योग्य पुर्जे बल को शरीर से हटाकर फ्रेम पर केंद्रित कर देते हैं। यह सरल बदलाव नुकसान को शुरू होने से पहले ही रोक देता है।
बार-बार भार उठाने के दौरान सही शारीरिक मुद्रा का सहारा मिलना बेहद ज़रूरी है। एक्सोस्केलेटन रीढ़ की हड्डी को सुरक्षित वक्र में रखता है और भार को साझा करता है। इससे श्रमिक लंबे समय तक उत्पादक बने रहते हैं और बिना दर्द के घर लौटते हैं। व्यावहारिक दृष्टि से, सुरक्षा और उत्पादकता यहाँ एक-दूसरे के विरोधी नहीं हैं, बल्कि साथ-साथ बढ़ते हैं। सॉफ्ट रोबोटिक्स इन सूटों को हल्का और अधिक आरामदायक बनाकर एक और आयाम जोड़ता है। सॉफ्ट रोबोटिक्स उपकरण को शरीर के विपरीत जाने के बजाय उसके साथ झुकने की अनुमति देता है। जैसे-जैसे तकनीक बेहतर होती जा रही है, स्वास्थ्य सेवा, भंडारण और विनिर्माण क्षेत्रों में इसके उपयोग का दायरा बढ़ता जा रहा है।
नोबल: पहनने योग्य रोबोट घटकों का निर्माण
धातु और प्लास्टिक प्रसंस्करण में कौशल
NOBLE धातु और प्लास्टिक के साथ काम करने के लिए जानी जाती है, और यह विशेषज्ञता पहनने योग्य रोबोट के पुर्जों के लिए बिल्कुल उपयुक्त है। फ्रेम, ब्रैकेट और जॉइंट हाउसिंग को हर बार सटीक आकार और चिकनी सतह की आवश्यकता होती है। कंपनी एक ही स्थान पर CNC मशीनिंग, शीट मेटल का काम और इंजेक्शन मोल्डिंग करती है। इस संयोजन से एल्युमीनियम फ्रेम, टाइटेनियम जॉइंट और प्लास्टिक कवर तैयार हो जाते हैं, और काम को किसी अन्य कारखाने में भेजने की आवश्यकता नहीं होती।
धातु और प्लास्टिक दोनों के लिए एक ही पार्टनर का उपयोग करने से समय की बचत होती है। यदि ब्रैकेट के डिज़ाइन में कोई बदलाव होता है, तो आपको नया सप्लायर खोजने की आवश्यकता नहीं होती। इंजीनियर CAD फ़ाइल में बदलाव करते हैं, और वर्कशॉप उसका नया संस्करण तैयार कर देती है। पहनने योग्य उपकरणों के लिए, जिनका कई बार परीक्षण किया जाता है, यह गति बहुत महत्वपूर्ण है।
प्रमाणपत्र और गुणवत्ता
गुणवत्ता प्रणालियाँ यह दर्शाती हैं कि कौन से निर्माता गंभीर हैं और कौन से नहीं। NOBLE के पास ISO 9001:2015 और ISO 13485:2016 प्रमाणपत्र हैं। चिकित्सा या स्वास्थ्य देखभाल उत्पाद बनाने वाले किसी भी व्यक्ति के लिए दूसरा प्रमाणपत्र वास्तव में महत्वपूर्ण है।
आईएसओ 13485 प्रमाणन चिकित्सा उपकरण निर्माण में गुणवत्ता, सुरक्षा और कानूनी उत्कृष्टता के उच्चतम मानकों के प्रति प्रतिबद्धता को दर्शाता है।
यह प्रतिबद्धता वास्तव में फायदेमंद साबित होती है। प्रमाणित आपूर्तिकर्ताओं को अक्सर ये लाभ मिलते हैं:
- बड़ी चिकित्सा उपकरण कंपनियों द्वारा विश्वसनीय आपूर्तिकर्ता के रूप में मान्यता प्राप्त।
- कीमतें अधिक हैं क्योंकि ग्राहकों को उनकी जांच करने के लिए कम काम करना पड़ता है।
- आईएसओ प्रमाणन कई समीक्षा आवश्यकताओं को पूरा करता है, इसलिए ग्राहक ऑडिट की संख्या कम हो गई है।
- नए चिकित्सा उपकरण ग्राहकों का पंजीकरण तेजी से हो सके।
स्टेरिल उपकरणों के एक अनुबंध निर्माता ने ISO 13485 प्रमाणन प्राप्त किया और ग्राहक अनुमोदन समय को 12 महीने से घटाकर 4 महीने कर दिया। ऑडिट दौरे साल में चार बार से घटकर एक बार हो गए। बेहतर स्थिति के कारण अनुबंध मूल्य में 25% की वृद्धि हुई और कंपनी ने उन यूरोपीय बाजारों में प्रवेश किया जो कभी बंद प्रतीत होते थे। ये परिणाम दर्शाते हैं कि एक मजबूत गुणवत्ता प्रणाली पहनने योग्य रोबोट कार्यक्रम के लिए क्या कर सकती है।
डिजाइन से लेकर असेंबली तक की संपूर्ण सेवा
NOBLE सिर्फ मशीनें चलाने का काम नहीं करता। टीम डिज़ाइन से लेकर असेंबली तक की पूरी प्रक्रिया में मदद करती है। इसकी शुरुआत विनिर्माण के लिए डिज़ाइन पर प्रतिक्रिया से होती है। उपकरण तैयार होने से पहले इंजीनियर उन विशेषताओं को इंगित करते हैं जिन्हें मशीनिंग या मोल्डिंग द्वारा बनाना मुश्किल होगा। इसके बाद टेस्ट मॉडल तैयार किए जाते हैं, फिर उत्पादन उपकरण, और अंत में अंतिम असेंबली और परीक्षण।
यह संपूर्ण दृष्टिकोण पहनने योग्य रोबोट के पुर्जों के लिए उपयुक्त है क्योंकि ये पुर्जे एक साथ मिलकर काम करते हैं। सेंसर माउंट को फ्रेम के साथ संरेखित होना चाहिए। हाउसिंग में एक्चुएटर के लिए जगह होनी चाहिए। जब एक ही टीम हर चरण को संभालती है, तो इन कनेक्शनों की जाँच शुरुआत में ही हो जाती है। जिन पाठकों के मन में कोई प्रोजेक्ट है, वे NOBLE से संपर्क कर सकते हैं और इस बारे में बातचीत शुरू कर सकते हैं।
एक पहनने योग्य रोबोट को पाँच मुख्य भागों की आवश्यकता होती है: सेंसर, एक्चुएटर, संरचनात्मक घटक, विद्युत आपूर्ति और नियंत्रण प्रणाली। फोटोलिथोग्राफी द्वारा छोटे MEMS सेंसर बनाए जाते हैं। कॉइल वाइंडिंग और CNC मशीनिंग द्वारा एक्चुएटर बनाए जाते हैं। CNC मशीनिंग द्वारा फ्रेम भी आकार दिए जाते हैं। इंजेक्शन मोल्डिंग द्वारा प्लास्टिक के आवरण बनाए जाते हैं। PCB असेंबली द्वारा नियंत्रण बोर्ड बनाए जाते हैं। बैटरी उत्पादन से पूरे उपकरण को शक्ति मिलती है। कार्बन फाइबर जैसी सामग्री मजबूती खोए बिना वजन कम रखती है। अच्छा डिज़ाइन चोटों को कम करने में मदद करता है और लंबे समय तक काम करने वाले कर्मचारियों को सुरक्षित रखता है। उन्नत विनिर्माण हर साल बेहतर सामग्री और विधियों के साथ पहनने योग्य रोबोटिक्स को आगे बढ़ा रहा है। यदि आपके पास पहनने योग्य रोबोट परियोजना है, तो NOBLE डिज़ाइन से लेकर असेंबली तक पूर्ण सहायता प्रदान करता है।
वेयरेबल रोबोट कंपोनेंट्स के अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
पहनने योग्य रोबोट के मुख्य घटक क्या हैं?
लगभग सभी उपकरणों को पाँच मुख्य श्रेणियों में बांटा गया है: सेंसर, एक्चुएटर, संरचनात्मक भाग, विद्युत आपूर्ति और नियंत्रण प्रणाली। सेंसर गति और बल का मापन करते हैं। एक्चुएटर गति उत्पन्न करते हैं। संरचनात्मक भाग सभी उपकरणों को एक साथ जोड़े रखते हैं। विद्युत आपूर्ति इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को संचालित करती है। नियंत्रण प्रणाली सभी को आपस में जोड़ती है और यह तय करती है कि आगे क्या होगा।
प्रत्येक घटक को किस विनिर्माण प्रक्रिया द्वारा बनाया जाता है?
प्रत्येक पहनने योग्य रोबोट घटक की अपनी प्रक्रिया होती है। फोटोलिथोग्राफी और एमईएमएस निर्माण से सूक्ष्म सेंसर बनते हैं। सीएनसी मशीनिंग और कॉइल वाइंडिंग से एक्चुएटर्स को आकार दिया जाता है। शीट मेटल वर्क और इंजेक्शन मोल्डिंग से फ्रेम और हाउसिंग बनते हैं। पीसीबी असेंबली से कंट्रोल बोर्ड बनते हैं। बैटरी सेल उत्पादन से पावर सप्लाई तैयार होती है।
वेयरेबल रोबोट में सेंसर इतने महत्वपूर्ण क्यों होते हैं?
सेंसर रोबोट को बताते हैं कि आपका शरीर क्या कर रहा है। एक आईएमयू जोड़ों के कोणों को ट्रैक करता है। एक बल-संवेदनशील प्रतिरोधक पकड़ को मापता है। एक ईएमजी सेंसर मांसपेशियों के संकेतों को पढ़ता है। यदि संवेदन गलत होता है, तो उपकरण मदद करने के बजाय आपके खिलाफ काम करता है। प्रतिक्रिया समय भी मायने रखता है - कृत्रिम नियंत्रण के लिए 300 मिलीसेकंड से कम समय में रीडिंग प्राप्त करना स्वाभाविक लगता है।
रिजिड और सॉफ्ट एक्चुएटर्स में क्या अंतर है?
रिजिड एक्चुएटर्स में मोटर, गियर और ट्रांसमिशन का उपयोग होता है। ये उच्च बल और सटीक नियंत्रण प्रदान करते हैं। सॉफ्ट एक्चुएटर्स में वायु दाब, कपड़ा और लचीली सामग्री का उपयोग होता है। ये आपके शरीर के साथ मुड़ते हैं और झटकों को बेहतर ढंग से अवशोषित करते हैं। हालांकि, इनमें बल का उत्पादन कम होता है और अक्सर इन्हें पंप या एयर लाइन की आवश्यकता होती है।
संरचनात्मक भागों के लिए कौन सी सामग्री सबसे उपयुक्त होती है?
यह काम पर निर्भर करता है। एल्युमीनियम मिश्र धातु हल्के होते हैं और इनकी मशीनिंग आसान होती है, इसलिए ये फ्रेम और ब्रैकेट के लिए उपयुक्त होते हैं। टाइटेनियम में भार वहन करने वाले जोड़ों के लिए उच्च शक्ति-से-भार अनुपात होता है। कार्बन फाइबर कंपोजिट कम वजन में भी मजबूत बने रहते हैं। इंजीनियरिंग प्लास्टिक कम लागत में हाउसिंग और कवर के लिए उपयुक्त होते हैं।
क्या पहनने योग्य रोबोटों को सुरक्षा मानकों को पूरा करना आवश्यक है?
जी हां, और नियम उपयोग पर निर्भर करते हैं। ISO 13482 व्यक्तिगत देखभाल रोबोटों को कवर करता है, जिसमें एक्सोस्केलेटन भी शामिल हैं। इसमें पिंच-पॉइंट सुरक्षा, आपातकालीन स्टॉप और बल सीमा अनिवार्य हैं। ISO 11228 और ISO 11226 उठाने और स्थिर मुद्राओं के लिए एर्गोनोमिक डिज़ाइन का मार्गदर्शन करते हैं। इन मानकों को पूरा करने से विश्वास बढ़ता है और बाज़ार के द्वार खुलते हैं।
क्या इन पुर्जों के लिए 3डी प्रिंटिंग सीएनसी मशीनिंग का विकल्प बन सकती है?
पूरी तरह नहीं। एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग प्रोटोटाइपिंग और कस्टम काम के लिए बेहतरीन है। एक कस्टम प्रोस्थेटिक सॉकेट जिसे बनाने में पहले हफ्तों लगते थे, अब कुछ ही दिनों में प्रिंट हो सकता है। लेकिन प्रोडक्शन फ्रेम और जॉइंट्स के लिए अभी भी सटीक टॉलरेंस और चिकनी सतहों के लिए सीएनसी मशीनिंग की आवश्यकता होती है। अधिकांश निर्माणों में इन दोनों विधियों का संयोजन होता है, साथ ही अधिक मात्रा में हाउसिंग के लिए इंजेक्शन मोल्डिंग का भी उपयोग किया जाता है।
मैं विनिर्माण भागीदार का चयन कैसे करूं?
धातु और प्लास्टिक प्रसंस्करण के लिए एक ही स्थान पर उपयुक्त कारखाने की तलाश करें, क्योंकि फ्रेम, जोड़ और आवरण सभी एक साथ फिट होते हैं। गुणवत्ता प्रमाणपत्रों की जांच करें — ISO 9001:2015 सामान्य गुणवत्ता को कवर करता है, और ISO 13485:2016 चिकित्सा उपकरणों के लिए महत्वपूर्ण है। एक ऐसा भागीदार जो डिज़ाइन फीडबैक, प्रोटोटाइपिंग और अंतिम असेंबली का काम संभालता है, समय बचाता है और फिटिंग संबंधी समस्याओं को समय रहते पकड़ लेता है।
