Киетін робот - бұл қозғалуға көмектесу үшін денеңізге киетін қуаттандырылған құрылғы және оған бес негізгі киетін робот компоненті қажет: сенсорлар, жетек механизмдері, құрылымдық компоненттер, қуат көздері және басқару жүйелері. Әрбір киетін робот компоненті өзіндік ерекше тәсілмен жасалған. Сенсорлар фотолитографияны қолдану арқылы жасалады, құрылымдық бөлшектер CNC өңдеу арқылы пішінделеді, корпустар инъекциялық қалыптау арқылы жасалады, басқару жүйелері PCB құрастыру арқылы жасалады, ал қуат көздері батарея ұяшықтарын өндіруді қажет етеді. Бұл киетін технология нарығы 2030 жылға қарай 11 889,36 миллион АҚШ долларына жетіп, 43.45% жылдық өсіммен өседі деп күтілуде. Өнеркәсіптік экзоскелет немесе ақылды протезді елестетіп көріңіз. Бұл киетін робот компоненттері кернеуді жеңілдету және функцияны қалпына келтіру үшін бірге жұмыс істейді. Материалдар мен өндіріс оларды қалай нақты ететінін көрейік.
Киілетін робот компоненттеріндегі сенсорлар
Сенсорлар не істейді
Сенсорлар киілетін роботтың жүйке жүйесі сияқты жұмыс істейді. Олар пайдаланушыдан және жақын маңдағы ортадан келетін қозғалысты, күшті, позицияны және дене сигналдарын анықтайды. Сенсорларсыз құрылғы сіздің қашан жүргеніңізді, бірдеңені көтеріп немесе бір орында тұрғаныңызды білмейді.
Өнеркәсіптік экзоскелет туралы ойлап көріңіз. Ол сіздің жамбас бұрышыңызды, жүктемеге түсіретін күшіңізді және бұлшықеттеріңіздегі электрлік белсенділікті білуі керек. Бұл ақпарат контроллерге жіберіледі, содан кейін ол қанша көмекші момент беру керектігін шешеді. Егер сенсор дұрыс болмаса, робот сізге көмектесудің орнына сізге қарсы жұмыс істейді.
Инерциялық өлшеу бірліктері (IMU) жақсы мысал бола алады. Олар қозғалыс деректерін дәл беру және ақылды басқаруды қолдау үшін акселерометрлерді, MEMS гироскоптарын және біріктіру алгоритмдерін араластырады. Бұл экзоскелеттердің пайдаланушының қалауына жауап беруіне және табиғи түрде сәйкес келуіне көмектеседі. Жұмсақ экзоскелеттерде IMU бұрыш, бұрыштық үдеу және бұрыштық жылдамдық сияқты нақты уақыттағы қозғалыс деректерін жинайды. Бұл басқару жүйесіне жер бедерін тануға және қозғалыс режимдерін дәл реттеуге мүмкіндік береді.
IMU-лар сонымен қатар ішкі кеңістіктерден тыс жүріс талдауын жүргізуге мүмкіндік береді, бұл дәстүрлі қозғалысты түсіру жүйелерінің шектеулерін шешеді. Олар экзоскелеттерді басқару үшін маңызды болып табылатын адамның қозғалыс ниетін бағалауға мүмкіндік береді. Киілетін IMU жүйелері қажетті траекторияларға жетуге көмектесетін стратегиялар үшін анықтамалық деректер береді. Әртүрлі дене сегменттеріне орналастырылған бірнеше IMU күрделі деректерді жинайды және сенсорларды біріктіру арқылы кинематиканы және буын бұрыштарын бағалайды.
Сенсорлар қалай жасалады
Бұл құрылғылардың өндіріс әдістері сенсор түріне байланысты ерекшеленеді. IMU ішіндегі MEMS гироскоптары сияқты микросенсорлар фотолитография мен MEMS өндірісіне негізделген. Бұл процестер кремний пластиналарында қабат-қабат керемет дәлдікпен ұсақ механикалық құрылымдар жасайды.
Икемді және созылатын сенсорлар басқа жолмен жүреді. Экранда басып шығару өткізгіш сияларды полимерлі негіздерге орналастырады, бұл жұқа, майысатын сенсорлық элементтерді жасайды. Бұл әдіс сенсор иілген дене беттеріне сәйкес келуі керек киілетін қолданбалар үшін жақсы жұмыс істейді.
Содан кейін сенсорлық модульдер жинау және орнату процесінен өтеді. Машиналар ұсақ компоненттерді схемалық тақталарға жоғары жылдамдықпен орналастырады, ал қайта ағып тұратын дәнекерлеу оларды орнында ұстайды. Іс жүзінде бұл қадам кез келген басқа қадамға қарағанда сенімділікті анықтайды.
Қытайдағы жетекші өндірістік компания NOBLE сияқты компаниялар осы кезеңге керемет қызмет көрсету мүмкіндіктері мен кәсіби өңдеу тәжірибесін әкеледі. Олар клиенттерге прототиптеуден киілетін робот компоненттерін жаппай өндіруге тиімді өтуге көмектеседі, бұл әзірлеу циклдарын айтарлықтай қысқартады.
Жалпы сенсор түрлері
Киетін робототехникада бірнеше сенсорлық топтар қайта-қайта пайда болады. Инерциялық өлшеу құрылғылары қозғалысты бақылауды жүзеге асырады. Күшке сезімтал резисторлар қысым мен ұстау күшін өлшейді. Электромиография (ЭМГ) сенсорлары протездік басқару үшін бұлшықеттің электрлік белсенділігін оқиды. Кодтаушылар өнеркәсіптік робот қолдарындағы буындардың айналуын бақылайды.
Миоэлектрлік протездер үшін ЭМГ сенсорының өнімділігі өте маңызды. Мына сипаттамаларды қарастырыңыз:
| Ерекшелігі | Миовер бұлшықет сенсоры | ЭМГ сенсоры әзірленді |
| SNR | 23.39 дБ | 32.95 дБ |
| Сезімталдығы | 0.159 В/Н | 0.2943 В/Н |
| Көтерілу уақыты | 323 мс | 136 мс |
| Күз | 261 мс | 408 мс |
Әзірленген ЭМГ сенсоры коммерциялық ЭМГ сенсорымен салыстырғанда 1.4 есе жоғары SNR мәндерін және 45%-ға жоғары сезімталдықты көрсетті. Сондай-ақ, ұсынылған сенсор шығыс реакциясын шығаруда коммерциялық сенсорға қарағанда 57%-ға жылдамырақ болды.
Протездік бақылау үшін жауап беру уақыты аз (300 мс-тан төмен) және интуитивтілігі жоғары орташа сапалы ЭМГ құрылғысы қажет.
Бұл жауап беру уақытының шегі сенсорды таңдаудың тек дәлдікке ғана байланысты емес екенін түсіндіреді. Жылдамдық пен интуитивтілік пайдаланушының құрылғыға сенетінін немесе сенбейтінін анықтайды. Кеш жауап беретін киілетін құрылғы, тіпті көрсеткіштері мінсіз болса да, бұзылғандай сезіледі.
Киілетін робот компоненттеріндегі жетек құрылғылары
Жетекшілердің рөлі
Жетекшілер энергияны қозғалысқа айналдырады. Бұл оларды түсіндірудің ең оңай жолы. Киетін роботта олар бұлшықеттер сияқты жұмыс істейді. Олар көтеруге, жүруге немесе ұстауға көмектесетін қозғалыс жасау үшін электр қуатын пайдаланады.
Көптеген жетек механизмдері қозғалтқыштан басталады. Қозғалтқыш жылдам айналады, бірақ көп айналдыру моментін өндірмейді. Жетек жүйесі мен редукторлар бұл мәселені шешеді. Олар айналуды баяулатады және күшті арттырады. Содан кейін берілістер сол күшті буынға немесе соңғы эффекторға жібереді. Бүкіл тізбек маңызды. Әлсіз беріліс қорабы күшті қозғалтқышты босқа шығарады.
Серпімді жетектердің сериясы қозғалтқыш пен жүктеме арасына серіппе қосады. Бұл дизайн табиғи соққыға төзімділік пен қауіпсіз сәйкестікті қамтамасыз етеді. Бұл қалпына келтіру экзоскелеттеріндегі адам мен роботтың физикалық өзара әрекеттесуі үшін маңызды. Серіппе кенеттен пайда болатын күштерді денеңізге берудің орнына қабылдайды.
Нақты пайдалану кезінде пайдасы көрінеді:
- Адам мен роботтың мөлдір өзара әрекеттесуі ауыр жүктемемен жүру кезінде метаболикалық шығындарды 10-15%-ға төмендетеді.
- H2 экзоскелетінде көрсетілгендей, кері бағытталатын күшті басқару инсультті қалпына келтіруге көмектеседі.
- Айнымалы импеданс конструкциялары бұлшықеттері әлсіреген егде жастағы пайдаланушылардың бейімделуін жақсартады.
Бұл сандар оңалту саласындағы зерттеулерден алынған. Олар ережелерді сақтаудың тек жақсы қосымша ғана емес, сонымен қатар қауіпсіздіктің бір бөлігі екенін көрсетеді.
Жетекшілер қалай жасалады
Жетек өндірісі көп сатылы процесс. Әрбір қадам қатаң төзімділікті қажет етеді. Бір кезеңдегі шағын қателік бүкіл құрылғыны бұзуы мүмкін.
CNC өңдеуі алдымен қозғалтқыш корпусын пішіндейді. Корпус статор мен роторды мінсіз туралауда ұстауы керек. Кез келген тербеліс діріл мен шу тудырады. Келесі кезекте катушка орамасы келеді. Машиналар мыс сымды статор өзегіне дәл керілумен орайды. Бос катушкалар энергияны жылу ретінде ысырап етеді. Тығыз катушкалар сымды үзу қаупін тудырады.
Магнит құрастыру келесі кезекте жүзеге асырылады. Тұрақты магниттер роторға дәл орналасуымен кіреді. Олардың бағыты қозғалтқыштың айналу моментінің тұрақтысын анықтайды. Содан кейін берілістерді кесу редукторларды жасайды. Қозғалтқыш және пішіндеу машиналары тегіс торлы тістерді кеседі. Нашар кесілген берілістер тез тозады және тиімділігін жоғалтады.
Кодермен интеграциялау құрастыруды аяқтайды. Кодер қозғалтқыштың орны мен жылдамдығын бақылайды. Ол сол деректерді контроллерге қайтарады. Онсыз жетек басқарылатын орынға ауыса алмайды. Басқару циклі осы кері байланысқа байланысты.
Практикалық тұрғыдан алғанда, бұл тізбектегі әрбір қадам соңғы өнімділікке әсер етеді. Беріліс қорабы нашар жақсы қозғалтқыш нашар қозғалтқыш сияқты жұмыс істейді. Өндірушілер әр кезеңде сапаны бақылауы керек.
Жұмсақ және пневматикалық жетектер
Әрбір киілетін робот қатты қозғалтқыштар мен берілістерді пайдалана бермейді. Жұмсақ робототехника басқа жолмен жүреді. Бұл жүйелер жұмсақ жетектерді, маталарды және үйлесімді материалдарды пайдаланады. Олар денемен күресудің орнына иіліп, созылады.
Жұмсақ робототехника инженерлердің іске қосу туралы ойлауын өзгертеді. Әрбір буынға қозғалтқыштың орнына жұмсақ робототехника ауа немесе сұйықтық қысымын пайдаланады. Пневматикалық жасанды бұлшықеттер кең таралған мысал болып табылады. Олар өрілген жеңнің ішіндегі қуыққа ауа толған кезде жиырылады. Өрім қуықты қысқартып, кеңейуге мәжбүр етеді. Бұл қозғалыс нақты бұлшықетті көшіреді.
Бұл жетектерді жасау қалыптауды және өндіруді қамтиды. Силикон немесе резеңке қуысты қалыптастыру үшін қалыпқа түседі. Өрілген жең оны орап алады. Қабаттар желіммен немесе жылумен бір-біріне жабысады. Дайын жетек жеңіл және икемді.
Жұмсақ робототехника киілетін құрылғылар үшін айқын артықшылықтар ұсынады. Материалдар денеге сәйкес келеді. Олар қысым нүктелерін азайтады. Сондай-ақ, олар қатты бөлшектерге қарағанда соққыларды жақсы сіңіреді. Инсульт алған науқастарға немесе зауыт жұмысшыларына көмектесетін киілетін робот үшін адамдардың оны шынымен пайдаланатын-пайдаланбайтынын жайлылық анықтайды.
Жұмсақ робототехниканың өзара келісімдері бар. Бұл жетек құрылғылары қозғалтқыштарға қарағанда аз күш шығарады. Оларға пневматикалық желілер немесе сорғылар қажет. Бұл көлемді арттырады. Соған қарамастан, жұмсақ робототехника оңалту және көмекші құрылғыларда өсіп келеді. Жұмсақ робототехника саласы зерттеуге қаржыландыруды тартуды жалғастыруда. Жұмсақ робототехника ақырында көптеген киілетін қолданбаларда қатты жетек құрылғыларын алмастыра алады. Жұмсақ робототехника инженерлердің адамға ыңғайлы машиналарға қалай қарайтынындағы үлкен өзгерісті білдіреді. Киілетін технология үшін жұмсақ робототехниканың болашағы жарқын көрінеді.
Киілетін робот компоненттерінің құрылымдық компоненттері
Құрылымдық элементтердің функциялары
Құрылымдық бөлшектер киілетін роботқа пішін мен беріктік береді. Олар жүктерді тасымалдайды, басқа компоненттердің барлығын орнында ұстайды және күштерді корпустың дұрыс нүктелеріне бағыттайды. Оларды қаңқа деп ойлаңыз. Берік рама болмаса, сенсорлар мен жетектердің бекітетін ештеңесі болмас еді.
Құрылымдық бөлшектердің тізімі көпшілік ойлағаннан да ұзын. Оған негіз, корпус, рама, шасси, соңғы эффекторлар және кіріс құрылғылары кіреді. Негіз және шасси негізгі платформаны құрайды. Рама буындар мен байланыстарды байланыстырады. Соңғы эффекторлар - пайдаланушыға немесе қоршаған ортаға тиетін бөліктер, мысалы, тұтқа немесе аяқ тақтасы. Түймелер немесе джойстиктер сияқты кіріс құрылғылары да құрылымдық бекітуді қажет етеді.
Құрылымдық бөлшектерді өндіру
Металл қаңқаларын жасау көптеген жақтаулар мен шассилерді өңдейді. Лазерлік кесу пішіндері жоғары дәлдікпен жалпақ материалдан жасалған. Содан кейін иілу машиналары металды үш өлшемді пішіндерге бүктейді. Дәнекерлеу бөлшектерді бір қатты бөлікке біріктіреді. Бұл тізбек орташа және үлкен бөлшектер үшін жақсы жұмыс істейді.
CNC өңдеу дәл бөлшектер үшін маңызды рөл атқарады. Біріктіргіш кронштейндер, мойынтіректер орындықтары және бекіту пластиналары қатаң төзімділікті қажет етеді. CNC фрезері немесе токарь станогы металды дәл өлшемдерге дейін кеседі. Инъекциялық қалыптау полимер корпустарын жабады. Балқытылған пластик болат қалыпқа толтырылады, салқындатылады және дайын қабық ретінде шығады. Бұл әдіс қақпақтар мен корпустарды көп көлемде өндіруге сәйкес келеді.
Құрылымдарға арналған материалдар
Материалды таңдау салмаққа, беріктікке және бағаға әсер етеді. Жалпы нұсқалардың салыстырылуы мынада:
| материал | Негізгі қасиет | Әдеттегі пайдалану |
| Алюминий қорытпалары | Жеңіл, мықты, өңдеуге оңай | Рамалар, кронштейндер |
| титан | Күшті салмаққа қатынасы | Жүк көтергіш қосылыстар |
| Көміртекті талшықты композиттер | Өте қатты, өте жеңіл | Қарулар, сілтемелер |
| Инженерлік пластиктер | Арзан, икемді, оқшаулағыш | Корпустар, қақпақтар |
Алюминий қорытпалары көптеген киілетін робот компоненттері үшін ең жақсы таңдау болып табылады. Олар жылдам өңделеді және коррозияға төзімді. Титан қымбатырақ, бірақ оның беріктік пен салмақ арақатынасы жоғары жүктемелі қосылыстарда өзін ақтайды. Көміртекті талшықты композиттер төмен салмақта керемет қаттылық береді, бұл күні бойы тербелетін иінтіректер үшін маңызды. Инженерлік пластмассалар корпустар мен жүк көтермейтін бөлшектер үшін тізімді толықтырады.
Дұрыс материалдарды таңдау - тепе-теңдікті сақтау әрекеті. Ауыр қаңқа берік болып көрінеді, бірақ пайдаланушыны шаршатады. Жеңіл қаңқа жүктеме астында майысуы мүмкін. Бұл кезеңдегі дұрыс өндірістік шешімдер соңғы киілетін құрылғының құрал немесе ауыртпалық сияқты сезінетінін анықтайды.
Киілетін робот компоненттеріндегі басқару жүйелері
Роботтың миы
Басқару жүйесі киілетін роботтың миы сияқты жұмыс істейді. Ол барлық сенсорлардан деректерді қабылдайды, келесіде не істеу керектігін анықтайды және атқарушы механизмдерге не істеу керектігін айтады. Бұл цикл секундына бірнеше рет қайталанады. Егер ол тым баяу болса, робот пайдаланушыға дірілдеп сезіледі.
Жүйе төрт негізгі бөліктен тұрады. Контроллер - логиканы басқаратын процессор. Басқару блогы қуат электроникасы мен сигналды басқаруды ұстайды. Бағдарламалық жасақтама жабдыққа қандай ережелерді сақтау керектігін айтады. Енгізу құрылғысының интерфейстері түймелерді, джойстиктерді немесе телефон қолданбаларын негізгі тақтаға қосады. Бұл бөліктер бірге шикі сигналдарды тегіс, қауіпсіз қозғалысқа айналдырады.
Өндірісті басқару аппараттық құралы
Басқару тақтасын жасау баспа платасын жасаудан басталады. Мыс сызықтары шыны талшықты тақтаға ойылады. Содан кейін тақта беткі бекіту технологиясы (SMT) бойынша құрастыруға көшеді. Машиналар тақтаға кішкентай чиптерді орналастырады, ал қайта ағып тұратын дәнекерлеу оларды орнында ұстайды.
SMT жұмсақ роботтардағы икемді тізбектер үшін өте маңызды. Өткізгіш тесіктер мен дәнекерлеу қосылыстарының аз болуы істен шығуы мүмкін нүктелердің аз болуын білдіреді.
Сонымен қатар, тесіктер мен дәнекерлеу қосылыстарының аз болуы роботты сенімдірек етеді. Қосылым нүктелері аз болған сайын, ақаулықтардың пайда болуы мүмкін жерлер азаяды. Бұл роботтық жүйелер жөндеуді қажет етпей ұзақ уақыт жұмыс істей алатынын білдіреді.
Жинаудан кейін микроконтроллерлер мен чиптер қосылады. Содан кейін тақтаны шаңнан, терден және соққылардан қорғау үшін қаптамаға тығыздалады. Бұл қадам электрониканың күнделікті қолдануға жарамдылығын анықтайды.
Бағдарламалық қамтамасыз ету және микробағдарлама
Микробағдарлама – микроконтроллерде сақталатын код. Ол сенсорларды интеграциялауды өңдейді, деректерді IMU-дан, күш сенсорларынан және кодтаушылардан бір ағынға тартады. Сенсорларды біріктіру бұл көрсеткіштерді пайдаланушы қозғалысының бір айқын көрінісіне біріктіреді.
Нақты уақыттағы басқару алгоритмдері сол суретті пайдаланады. Олар әрбір жетектің қанша айналу моменті беруі керектігін анықтайды. Басқару циклі тез аяқталуы керек, әйтпесе робот пайдаланушыдан артта қалады. Жақсы микробағдарлама сонымен қатар қауіпсіздік тексерулерін, мысалы, мәселе туындаған кезде қуатты өшіруді де жүзеге асырады.
Практикалық тұрғыдан алғанда, бағдарламалық жасақтама мен аппараттық құралдар бірге жұмыс істеуі керек. Микробағдарламасы нашар жақсы тақта әлі де бұзылған сияқты. Инженерлер киюге болатын роботтар шығарылмас бұрын екі бөлікті де бір жүйе ретінде тексереді.
Киілетін робот компоненттерін өңдеу процестері
Субтрактивті өндіріс
Алып тастау әдістері материалды тұтас блоктан соңғы пішін қалғанша алып тастайды. CNC өңдеу бұл топтағы ең жақсы таңдау болып табылады. Айналдыру құралы металды жоғары дәлдікпен кеседі, ал 5 осьті машиналар 3 осьті қондырғылар жете алмайтын бұрыштарға жете алады. Алюминий экзоскелеттік қосылыстар үшін 5 осьті CNC өңдеу беткі қабатының Ra 0.2 мкм-ін алады. Стандартты алюминий қорытпасынан өңдеу әдетте Ra 0.8 мкм-ге жетеді. Бөлшектер бір-біріне сырғанап немесе ауыр жүктемелерді көтергенде бұл саңылау маңызды.
Лазерлік кесу және су ағынымен кесу жалпақ шикі және парақты бөлшектерді өңдейді. Әрбір әдіс киюге болатын робот компоненттері үшін өз артықшылықтарына ие. Олардың көміртекті талшықты композиттермен қалай салыстырылатынын тексеріңіз:
| атрибуттары | Лазерлік кесу | Waterjet кесу |
| Керф ені | Тар ойық | Лазерге қарағанда кеңірек керф |
| Жиек сапасы | Қытырлақ, шаршы жиек; кішкентай ыстық әсер ететін аймақ | Тегіс атлас жиегі; ыстыққа ұшыраған аймақ жоқ |
| Көміртекті талшықтың жарамдылығы | Ұсынылмайды — улы түтін | Ұсынылады — суық эрозия құрылымды өзгеріссіз қалдырады |
Лазерлік кесу 5 мм-ден кіші жұқа көміртекті талшық парақтары үшін теңдесі жоқ дәлдікті қамтамасыз етеді. Байланыссыз процесс құралдың тозуын жояды. Дегенмен, термиялық зақымдану қауіпті. Дұрыс емес параметрлер шайыр байланыстарын әлсіретуі мүмкін. Су ағынымен кесу 10 мм-ден асатын қалың көміртекті талшықтарда жылу бұрмалануынсыз тамаша. Абразивті ағын қабатты композиттерді тамаша өңдейді. Баяу жылдамдықтар және саптамалардың тозуынан туындайтын жоғары техникалық қызмет көрсету шығындары кемшіліктер болып табылады. Жұқа парақтар лазерге кетеді. Қалың пластиналар су ағынымен кетеді. Қарапайым пішіндер екеуімен де жұмыс істейді. Үш өлшемді қисықтар үшін CNC қажет.
Аддитивті өндіріс
3D басып шығару сандық файлдардан бөлшектерді қабат-қабат жасайды. Бұл процесс прототиптеу және арнайы бөлшектерді өндіру кезінде өте жақсы. FDM балқытылған пластикті саптама арқылы итереді. Бұл арзан және жылдам, бұл ерте дизайн тексерулеріне сәйкес келеді. SLA сұйық шайырды қатайту үшін лазерді пайдаланады. Ол тегіс беттер мен ұсақ бөлшектерді жасайды. SLS ұнтақты лазермен біріктіріп, тірек құрылымдары жоқ берік бөлшектер жасайды.
Киетін робот компоненттері үшін аддитивті өндіріс өндіріс уақытын едәуір қысқартады. Бұрын жасауға бірнеше апта кеткен арнайы протездік розетка енді бірнеше күнде басып шығара алады. Инженерлер физикалық бөлшектерді тезірек ұстайтындықтан, оны тезірек басып шығарады. Материалдар қарапайым PLA-дан бастап инженерлік деңгейдегі нейлон мен көміртекті талшықтармен толтырылған жіптерге дейін болады. Әрбір нұсқа беріктік, салмақ және бағаны әртүрлі теңестіреді.
Қалыптастырушы және біріктіру процестері
Қалыптастыру әдістері материалды кеспей пішіндейді. Инъекциялық қалыптау балқытылған пластикті болат қалыпқа мәжбүрлейді. Пластик салқындатылып, дайын қабық түрінде шығады. Бұл процесс корпустар мен қақпақтардың көп көлемді өндірісіне сәйкес келеді. Термоқалыптау пластикалық парақты жұмсарғанша қыздырады, содан кейін оны қалыпқа тартады. Бұл дулыға қабықтары немесе корпус панельдері сияқты үлкен, жұқа бөлшектер үшін жақсы жұмыс істейді.
Біріктіру процестері бөлек бөлшектерді бірге ұстайды. Дәнекерлеу металл бөлшектерді жылу немесе қысыммен біріктіреді. Желімдеу беттерді біріктіру үшін химиялық байланыстарды пайдаланады. Желімдер кернеуді біркелкі таратады және әртүрлі материалдарда жұмыс істейді. Алюминий кронштейнге бекітілген көміртекті талшықты иін бұл тәсілден пайда көреді. Дұрыс біріктіру әдісі жүктеме түріне, материал жұбына және қоршаған ортаға әсер етуіне байланысты. Практикалық тұрғыдан алғанда, киілетін робот компоненттерін өндірудің ең жақсы процесі көбінесе бір құрастыруда бірнеше әдісті біріктіреді.
Киілетін робот компоненттерінің дизайнын қарастыру
Салмақ, ыңғайлылық және эргономика
Тым ауыр киетін робот ешкімге көмектеспейді. Адамдар оны киюді тоқтатады. Сегіз сағаттық ауысымда әрбір грамм маңызды. Инженерлер алюминий және көміртекті талшық сияқты жеңіл материалдарды таңдайды. Олар қажет емес жерлерден материалды алып тастайды. Ыңғайлылық құрылғының денеңізге қалай сәйкес келетініне байланысты. Бауларға төсем қажет. Буындар сіздің табиғи қозғалысыңызға сәйкес келуі керек. Дұрыс емес сәйкестік үйкеліс пен ауырсынуды тудырады.
Эргономикалық стандарттар дұрыс өлшемді таңдауға көмектеседі. ISO 11228 көтеру және тасымалдау ережелерін белгілейді. Ол дизайнерлерге салмақтың қаншалықты қауіпсіз екенін және қолдың қандай қалыптары ең жақсы жұмыс істейтінін айтады. Мысалы, ол бейтарап білекпен берік ұстауды ұсынады және шектен тыс бұрыштардан сақтандырады. Бұл экзоскелеттік қол тіректерінің қалай жасалатынын тікелей анықтайды. Тағы бір стандарт, ISO 11226, статикалық жұмыс қалыптарын қамтиды. Ол жұмысшылардың ұзақ уақыт бойы қозғалмай тұратын конструкцияларына арналған ережелерді береді. Зауыттардағы білек экзоскелеттері үшін қолмен басқару және статикалық қалыпқа қатысты бұл ережелер ең пайдалы нұсқаулар болып табылады.
Бұл ережелер инженерлерге тіректерді қайда қосу керектігін және қозғалысты қай жерде еркін қалдыру керектігін шешуге көмектеседі. Жақсы дизайн робот жүкті көтеріп жатқанда табиғи түрде иілуге мүмкіндік береді.
Төзімділік және қауіпсіздік
Робот бөлшектері терге, шаңға және қайталанатын кернеуге ұшырайды. Бір аптадан кейін жарылып кететін кронштейн пайдасыз. Беріктік дұрыс материалды таңдаудан басталады. Металдар тот басуға төзімді болуы керек. Пластмассалар соққыларға төтеп беруі керек. Жылуды басқару да маңызды. Қозғалтқыштар пайдалану кезінде қызады. Егер жылу жиналса, бөлшектер істен шығады немесе пайдаланушы күйіп қалады. Дизайнерлер температураны төмендету үшін желдеткіштер немесе жылу раковиналарын қосады.
Қауіпсіздік стандарттары қолайлы нәрселерге қойылатын талаптарды белгілейді. ISO 13482 жеке күтім роботтарын қамтиды. Оған мобильді қызметші роботтар, физикалық көмекші роботтар (экзоскелеттерді қамтиды) және адам тасымалдаушы роботтар кіреді. Экзоскелеттерге арналған стандарт үш санатқа жататын нақты мүмкіндіктерді талап етеді:
- Табиғи қауіпсіз механикалық дизайн — қысылу нүктелерінен қорғаныс, бетінің үйлесімділігі және тұрақтылық.
- Функционалдық қауіпсіздік және басқару — апаттық тоқтатулар, жылдамдықты басқару, күш/айналдырушы моментті шектеу және қоршаған ортаны сезу.
- Болжамды, бақыланатын мінез-құлық — айқын ниет белгілері, қолжетімді төтенше жағдайда тоқтату және әсем деградация.
Бұл талаптар дизайнерлерді не дұрыс болмауы мүмкін екендігі туралы ойлануға итермелейді. Сенсор істен шығады. Батарея көтерілу кезінде өледі. Робот қауіпсіз түрде істен шығуы керек. Осы стандарттарға сай болу нарықтарды ашады және сенімді нығайтады.
Жарақаттарды азайту үшін жобалау
Экзоскелеттің басты мақсаты - жарақаттарды азайту. Зауыттарда жұмысшылар ауыр зат көтеруден арқаларын жарақаттайды. Экзоскелет омыртқаны ұстап тұрады және сол жүктеменің бір бөлігін алады. Құрылыс алаңдарында басынан асатын жұмыс иықтарға күш түсіреді. Қол тіректері салмақты ұстайды. Пайдаланушының денесінен күштерді алыстату арқылы бұл құрылғылар бұлшықет пен сүйектің зақымдануын ол басталғанға дейін болдырмайды.
Медициналық құрылғылар да осы идеяны ұстанады. Оңалту экзоскелеті инсульт алған науқастарға қайтадан жүруге көмектеседі. Бірақ ол оларды құлаудан да қорғауы керек. Сенсорлар науқастың тұрақсыздығын анықтайды. Басқару жүйесі қуатты өшіреді немесе тіректі реттейді. Дизайнерлер жанасу нүктелеріне төсем қосады. Олар сүйектерге түсетін жүктемені болдырмау үшін жақтауларды қалыптастырады. Әрбір бөлшек зиян келтіруге емес, емдеуге бағытталған.
Жақсы дизайн пайдаланушыны қолдаудан да көп нәрсеге көмектеседі. Ол пайдаланушыны белсенді түрде қорғайды. Жақсы орнатылған құрылғы табиғи сезіледі. Сіз еркін қозғаласыз, ал робот кедергі келтірмей көмектеседі. Нашар дизайн қысылу немесе қызып кету сияқты жаңа қауіптерді тудырады. Сондықтан стандарттар маңызды және тестілеу өте маңызды. Инженерлер дұрыс жасаған кезде, бұл машиналар қауіпті жұмыстарды қауіпсіз етеді және адамдарға жарақаттан тезірек қалпына келуге көмектеседі.
Киілетін робот компоненттеріне арналған материалдар
Металдар мен қорытпалар
Металлдар киілетін робот компоненттерінің көпшілігінде ауыр жүк көтереді. Рамалар мен кронштейндер үшін алюминий қорытпалары ең жақсы таңдау болып табылады. Олар жеңіл, берік және өңдеуге оңай. Титан қымбатырақ, бірақ оның беріктігінің салмаққа қатынасы оны жүк көтеретін қосылыстар үшін өте қолайлы етеді. Тізімді тот баспайтын болат толықтырады. Ол тотқа төзімді және жоғары кернеуге төтеп береді, бұл құрылымдық түйреуіштер мен бекіткіштерге сәйкес келеді.
Дұрыс металды таңдау жұмысқа байланысты. Жамбас экзоскелеттік рамасы қосымша салмақсыз қаттылықты қажет етеді. Алюминий мұны жақсы көтереді. Қайталанатын соққыларға төтеп беретін тізе буынына титан қажет болуы мүмкін. Тот баспайтын болат тер мен ауа райына төтеп беретін бөлшектерге жарайды. Әрбір металл салмақ, беріктік және бағаның өзіндік тепе-теңдігін ұсынады.
Полимерлер және композиттер
Пластмассалар мен композиттер корпустардан бастап иінтіректеріне дейін барлығын қамтиды. ABS - жалпы мақсаттағы инженерлік пластик. Ол жақсы соққыға төзімділікке ие, оңай қалыпталады және бояулар мен әрлеуді жақсы сіңіреді. Бұл оны тұтынушылық электроника корпустары мен жабдықтарының корпустары үшін стандарт етеді. Поликарбонат (PC) одан да жоғары соққыға төзімділікті ұсынады. Сондай-ақ, ол табиғи сұрыпта өлшемдік тұрақтылық пен оптикалық айқындық береді. УК сәулесіне төзімді сұрыптар ашық ауада қолдануға арналған.
| пластмасса | Әсерге төзімділік |
| ABS | биік |
| Поликарбонат (PC) | Өте биік |
PC/ABS қоспалары толтырылмаған PC-ге қарағанда жақсартылған әсер береді және өңдеуді жеңілдетеді. Киілетін робот компоненттері үшін қақпақтар құлау мен күнделікті тозуға төзімді болуы керек кезде бұл маңызды. Көміртекті талшықты композиттер төмен салмақта керемет қаттылық береді. Шыны талшықтары арзанырақ және беріктікті арттырады. Нейлон берілістер мен тозатын бөлшектер үшін қолданылады. Бұл материалдар инженерлерге беріктігінен айырылмай салмақты азайтуға мүмкіндік береді.
Ақылды және функционалды материалдар
Ақылды материалдар іске қосылған кезде пішінін немесе қасиеттерін өзгертеді. Пішінді жады бар қорытпалар қыздырылған кезде белгіленген пішінге оралады. Бұл оларды ықшам жетектер үшін пайдалы етеді. Пьезоэлектрлік материалдар қысылған кезде заряд тудырады. Олар кернеу қолданылған кезде де пішінін өзгерте алады. Бұл материалдар тар кеңістіктерде сезу мен қозғалысты қолдайды.
Өткізгіш тоқыма материалдары жұмсақ робототехникаға өмір сыйлайды. Олар мата арқылы сигналдар мен қуат тасымалдайды. Бұл жұмсақ робототехниканың денемен бірге иілуіне және созылуына мүмкіндік береді. Жұмсақ робототехника ыңғайлы кию үшін осы икемді материалдарға сүйенеді. Жұмсақ робототехника оларды қысымды сезу үшін де пайдаланады. Жұмсақ робототехника қаттылықты сезбестен өткізетін маталардан пайда көреді. Жұмсақ робототехника жыл сайын жаңа ақылды материалдарды қабылдауды жалғастыруда. Жұмсақ робототехника зерттеушілері бұлшықет тәрізді қозғалыс үшін өткізгіш тоқыма материалдарын сынақтан өткізеді. Жұмсақ робототехника бір күні көптеген киілетін құрылғылардағы қатты бөлшектерді ауыстыруы мүмкін. Жұмсақ робототехника қазірдің өзінде оңалту қолғаптары мен көмекші костюмдерде пайда болды. Жұмсақ робототехника инженерлердің адамға ыңғайлы машиналарды жасау жолындағы үлкен өзгерісті білдіреді.
Киілетін робот компоненттерінің қолданылуы
Өнеркәсіптік және өндірістік қолданбалар
Зауыттар қазір күн сайын киілетін робот компоненттерін пайдаланады. Жұмысшылар конвейердегі ұзақ ауысым алдында экзоскелеттерді киеді. Бұл құрылғылар сіз қайта-қайта орындайтын тапсырмалар кезінде арқаны, иықты және аяқты қолдайды. Өнеркәсіптік киілетін робот жұмысшыны алмастырмайды. Керісінше, ол физикалық жүктемені көтеруге көмектеседі.
Автокөлік компаниялары оларды ерте қолдана бастады. Қолдарын бірнеше сағат бойы бастарынан жоғары көтеретін құрастыру жұмысшылары қолды тірейтін экзоскелеттерді алады. Құрылғы құралдың салмағын ұстап тұрады, сондықтан иық бұлшықеттері демалуы мүмкін. Күні бойы қораптарды көтеретін логистикалық жұмысшылар арқаны тірейтін костюмдер киеді. Бұл қолданыстар ауысым кезінде шаршауды азайтады және жұмысшылардың тиімділігін арттырады. Құрылыста, ауыл шаруашылығында және қоймада бірдей бөлшектер пайда болады. Әрбір қондырғы сенсорлардың, жетектердің және рамалардың әртүрлі қоспасын қажет етеді.
Медициналық және оңалту қолданбалары
Дәрігерлер мен терапевтер киетін робот бөлшектерін қуатты тәсілдермен пайдаланады. Медициналық киетін робот пациенттерге инсульт немесе жұлын жарақатынан кейін қайтадан жүруге көмектеседі. Қуаттандырылған экзоскелет аяқтарды табиғи жүріс үлгісі бойынша басқарады. Мұндай оңалту құрылғылары терапевттерге пациентті ұстап тұрудың орнына прогреске назар аударуға мүмкіндік береді. Қуаттандырылған буындары бар протездік аяқ-қолдар ампутациясы бар адамдарға тепе-теңдікті сақтауға көмектеседі. Хирургиялық көмек роботтары да дәл осындай сенсорлық және атқарушы технологияны пайдаланады.
Клиникалардың нәтижелері мұны растайды. Инсульттан кейінгі бір зерттеуде экзоскелет қолданған 9 пациенттің 7-і жүру қабілетін жақсартты. Олар жүру сынағында 2-ден 4-ке дейін деңгейге жетті. Сонымен қатар, экзоскелет қолданбаған 8 пациенттің 6-сы ең төменгі деңгейде қалды (0-ден 1-ге дейін). Өмір сапасының көрсеткіштері экзоскелет тобында әлдеқайда жоғары болды, орташа көрсеткіш 0.767 болды, ал басқа топта 0.434 болды. Ешқандай ауыр жағымсыз оқиғалар болған жоқ.
Пайдаланушылар қауіпсіздік пен жайлылықты 5 балдан 4.5 орташа баллмен бағалады. Кейбіреулер әлі де салмаққа және оның қызмет ету мерзіміне шағымданды. Бұл пікір инженерлерді әрбір бөлшекті жақсартуды жалғастыруға итермелейді.
Жұмысшылардың қауіпсіздігін арттыру қолданбалары
Бұл машиналардың ең үлкен пайдасы - жұмысшылардың қауіпсіздігін қамтамасыз ету. Бел жарақаттары, иықтың созылуы және буындардың тозуы физикалық тұрғыдан ауыр жұмыстарға әкеп соғады. Бұлшықет пен сүйек жарақаттары компанияларға жыл сайын миллиардтаған шығын әкеледі, бұл уақыттың жоғалуына әкеледі. Киілетін робот бөлшектері күшті денеден рама ішіне ауыстырады. Бұл қарапайым өзгеріс зақымдануды басталмай тұрып тоқтатады.
Қайталап көтеру кезінде дене бітімін дұрыс ұстау өте маңызды. Экзоскелет омыртқаны қауіпсіз қисық сызықта ұстайды және жүктемені бөліседі. Жұмысшылар ұзақ уақыт өнімді болып, ауыртпалықсыз үйлеріне оралады. Практикалық тұрғыдан алғанда, қауіпсіздік пен өнімділік мұнда қарама-қарсы емес. Олар бірге өседі. Жұмсақ робототехника бұл костюмдерді жеңілірек және ыңғайлы ету арқылы тағы бір қабат қосады. Жұмсақ робототехника құрылғының денемен күресудің орнына онымен бірге иілуіне мүмкіндік береді. Технология жақсарған сайын денсаулық сақтау, сақтау және өндіріс салаларында кеңінен қолданылу аясы артып келеді.
NOBLE: Киетін робот компоненттерін жасау
Металл және пластик өңдеу шеберлігі
NOBLE металл және пластикпен жұмыс істеуімен танымал және бұл фокус киюге болатын робот бөлшектеріне жақсы сәйкес келеді. Рамалар, кронштейндер және қосылыс корпустары әрқашан дәл өлшемдер мен тегіс өңдеуді қажет етеді. Компания CNC өңдеу, металл парақ жұмыстары және құюды бір жерде орындайды. Бұл қоспа алюминий рамаларды, титан қосылыстарын және пластикалық қақпақтарды басқа цехтарға жұмыс жібермей жабады.
Металл мен пластик үшін бір серіктесті пайдалану уақытты үнемдейді. Егер кронштейн дизайны өзгерсе, сізге жаңа жеткізуші іздеудің қажеті жоқ. Инженерлер CAD файлын өзгертеді, ал шеберхана жаңа нұсқасын жасайды. Көптеген сынақ модельдерінен өтетін киілетін құрылғылар үшін бұл жылдамдық маңызды.
Сертификаттар және сапа
Сапа жүйелері қай өндірушілердің байыпты, ал қайсысының байыпты емес екенін көрсетеді. NOBLE компаниясы ISO 9001:2015 және ISO 13485:2016 сертификаттарына ие. Екіншісі медициналық немесе денсаулық сақтау өнімдерін шығаратын кез келген адам үшін өте маңызды.
ISO 13485 сертификаты медициналық құрылғылар өндірісіндегі ең жоғары сапа, қауіпсіздік және заңдылық стандарттарына берілгендікті көрсетеді.
Бұл міндеттеме нақты жолдармен өз жемісін береді. Сертификатталған жеткізушілер көбінесе мыналарды алады:
- Ірі медициналық құрылғылар компанияларының сенімді жеткізушілері ретінде мақұлдануы.
- Бағалар жоғары, себебі тұтынушылар оларды тексеруге аз уақыт жұмсайды.
- ISO сертификаты көптеген шолу талаптарына сай келетіндіктен, тұтынушылардың аудиті азайды.
- Жаңа медициналық құрылғыларды сатып алушыларды тезірек тіркеу.
Стерильді құрылғылардың бір келісімшарт жасаушысы ISO 13485 сертификатын алды және тұтынушылардың мақұлдау мерзімін 12 айдан 4 айға дейін қысқартты. Аудитке бару жылына төрт реттен жылына бір ретке дейін қысқарды. Жақсы позициялау арқылы келісімшарт құны 25%-ға өсті, ал фирма бұрын жабық болып көрінген еуропалық нарықтарға шықты. Бұл нәтижелер киілетін робот бағдарламасы үшін жоғары сапа жүйесінің не істей алатынын көрсетеді.
Дизайннан бастап құрастыруға дейін толық қызмет көрсету
NOBLE машиналарды басқарумен шектелмейді. Команда жобалаудан бастап құрастыруға дейінгі барлық жолды басып өтуге көмектеседі. Бұл өндіріске арналған дизайн бойынша кері байланыстан басталады. Инженерлер құралдарды кесу алдында өңдеу немесе қалыптау қиын болатын ерекшеліктерді атап өтеді. Келесі кезекте сынақ модельдері, содан кейін өндіріс құралдары, содан кейін соңғы құрастыру және сынау келеді.
Бұл толық тәсіл киюге болатын робот бөлшектеріне сәйкес келеді, себебі бөлшектер бірге жұмыс істейді. Сенсорлық бекітпе рамамен бір сызықта болуы керек. Корпуста жетек үшін орын қалдыруы керек. Бір команда әрбір қадамды өңдеген кезде, бұл қосылымдар ерте тексеріледі. Жобаны ойлап жүрген оқырмандар NOBLE компаниясына хабарласып, әңгіме бастай алады.
Киетін роботқа бес негізгі бөлік қажет: сенсорлар, жетектер, құрылымдық компоненттер, қуат көздері және басқару жүйелері. Фотолитография кішкентай MEMS сенсорларын жасайды. Катушкаларды орау және CNC өңдеу жетектерді құрастырады. CNC өңдеу сонымен қатар жақтауларды қалыптастырады. Инъекциялық қалыптау пластикалық корпустарды құрайды. Баспа платасын құрастыру басқару тақталарын құрастырады. Батарея өндірісі бүкіл құрылғыны қуаттандырады. Көміртекті талшық сияқты материалдар беріктігін жоғалтпай салмақты төмен ұстайды. Жақсы дизайн жарақаттарды азайтуға көмектеседі және ұзақ ауысымдар кезінде жұмысшылардың қауіпсіздігін қамтамасыз етеді. Жетілдірілген өндіріс жыл сайын киетін робототехниканы жақсырақ материалдар мен әдістермен алға жылжытады. Егер сізде киетін робот жобасы болса, NOBLE дизайннан бастап құрастыруға дейін толық қолдау көрсетеді.
Киілетін робот компоненттері туралы жиі қойылатын сұрақтар
Роботтың негізгі киілетін компоненттері қандай?
Бес негізгі санат барлық дерлік құрылғыларды қамтиды: сенсорлар, жетектер, құрылымдық бөлшектер, қуат көздері және басқару жүйелері. Сенсорлар қозғалыс пен күшті оқиды. Жетек құрылғылары қозғалысты тудырады. Құрылымдық бөлшектер бәрін бірге ұстап тұрады. Қуат көздері электрониканы басқарады. Басқару жүйелері бәрін бір-бірімен байланыстырады және әрі қарай не болатынын шешеді.
Әрбір компонентті қандай өндіріс процесі жасайды?
Әрбір киілетін робот компонентінің өзіндік процесі бар. Фотолитография және MEMS өндірісі микросенсорларды құрастырады. CNC өңдеу және катушка орамасының пішінді жетектері. Металл қаңылтыр өңдеу және құю пішінді рамалар мен корпустар. Баспа платаларын құрастыру басқару тақталарын құрастырады. Батарея элементтерін өндіру қуат көздерін жасайды.
Неліктен сенсорлар киілетін роботта соншалықты маңызды?
Сенсорлар роботқа денеңіздің не істеп жатқанын айтады. IMU буын бұрыштарын бақылайды. Күшке сезімтал резистор ұстаманы өлшейді. ЭМГ сенсоры бұлшықет сигналдарын оқиды. Егер сенсор дұрыс болмаса, құрылғы сізге көмектесудің орнына сізбен күреседі. Жауап беру уақыты да маңызды — протездік басқару табиғи сезіну үшін 300 мс-тан аз көрсеткіштерді қажет етеді.
Қатты және жұмсақ жетектердің айырмашылығы неде?
Қатты жетектерде қозғалтқыштар, берілістер және берілістер қолданылады. Олар жоғары күш пен дәл басқаруды қамтамасыз етеді. Жұмсақ жетектерде ауа қысымы, мата және икемді материалдар қолданылады. Олар денеңізбен бірге иіледі және соққыларды жақсы сіңіреді. Компромисс - төмен күш шығысы, және оларға көбінесе сорғылар немесе ауа желілері қажет.
Құрылымдық бөлшектер үшін қандай материалдар ең жақсы жұмыс істейді?
Бұл жұмысқа байланысты. Алюминий қорытпалары жеңіл және өңдеуге оңай, сондықтан олар рамалар мен кронштейндерге жарамды. Титан жүк көтеретін қосылыстар үшін жоғары беріктікке ие. Көміртекті талшықты композиттер төмен салмақта қатты болып қалады. Инженерлік пластмассалар корпустар мен қақпақтарды арзан бағамен өңдейді.
Киетін роботтар қауіпсіздік стандарттарына сай болуы керек пе?
Иә, және ережелер пайдалануға байланысты. ISO 13482 экзоскелеттерді қоса алғанда, жеке күтім роботтарын қамтиды. Ол қысылу нүктелерінен қорғауды, апаттық тоқтатуларды және күш шектеулерін талап етеді. ISO 11228 және ISO 11226 көтеру және статикалық қалыптарға арналған эргономикалық дизайнды басшылыққа алады. Осы стандарттарға сәйкес келу сенімді нығайтады және нарықтарды ашады.
3D басып шығару бұл бөлшектер үшін CNC өңдеуді алмастыра ала ма?
Толығымен емес. Қоспа өндірісі прототиптеу және тапсырыс бойынша жұмыс істеу үшін өте қолайлы. Бұрын апталап уақыт алатын тапсырыс бойынша жасалған протездік ұяшық бірнеше күнде басып шығарылуы мүмкін. Бірақ өндірістік рамалар мен қосылыстар тығыз төзімділік пен тегіс беттер үшін CNC өңдеуді қажет етеді. Көптеген құрастырмалар екі әдісті де, сонымен қатар көп көлемді корпустар үшін инъекциялық қалыптауды да біріктіреді.
Өндіріс серіктесін қалай таңдауға болады?
Рамалар, қосылыстар және корпустар бір-біріне сәйкес келетіндіктен, металл және пластик өңдеуді бір шаңырақ астында іздеңіз. Сапа сертификаттарын тексеріңіз — ISO 9001:2015 жалпы сапаны қамтиды, ал ISO 13485:2016 медициналық құрылғылар үшін маңызды. Дизайн бойынша кері байланыс, прототиптеу және соңғы құрастыруды өңдейтін серіктес уақытты үнемдейді және сәйкестік мәселелерін ерте анықтайды.
