< img height="1" width="1" style="display:none" src="https://www.facebook.com/tr?id=28308886678697114&ev=PageView&noscript=1" />

生产精度高于行业标准的精密零件。

提供高效的生产和更快的设计交付速度。

以具有竞争力的价格生产符合医疗安全标准的原型和产品。

通过精准、快速、稳定的零件质量提高效率。

快速开发和测试产品,以便将其推向市场。

提供性能优于竞争对手的机械设备。

赋予创新能力,加快创新步伐,最大限度地提高绩效。

加快创新和发展。

更快地将价格实惠的新产品推向市场。

生产精度高于行业标准的精密零件。

提供高效的生产和更快的设计交付速度。

以具有竞争力的价格生产符合医疗安全标准的原型和产品。

通过精准、快速、稳定的零件质量提高效率。

快速开发和测试产品,以便将其推向市场。

提供性能优于竞争对手的机械设备。

赋予创新能力,加快创新步伐,最大限度地提高绩效。

加快创新和发展。

更快地将价格实惠的新产品推向市场。

可穿戴机器人组件入门:材料与制造

目录

可穿戴机器人组件入门:材料与制造

可穿戴机器人是一种佩戴在身上的动力设备,用于辅助行动。它主要由五大组件构成:传感器、执行器、结构件、电源和控制系统。每个组件的制造工艺各不相同。传感器采用光刻技术制造,结构件通过数控加工成型,外壳采用注塑成型,控制系统采用PCB组装,电源则需要电池生产。预计到2030年,可穿戴机器人市场规模将达到11,889.36亿美元,年复合增长率高达43.45%。想象一下工业外骨骼或智能假肢。这些组件协同工作,减轻身体负担,恢复功能。接下来,我们将探讨材料和制造工艺如何将它们变为现实。

可穿戴机器人组件中的传感器

可穿戴机器人组件中的传感器

传感器的作用

传感器就像可穿戴机器人的神经系统。它们能够检测用户及其周围环境的运动、力、位置和身体信号。如果没有传感器,设备就无法判断你是在行走、举重还是静止站立。

想象一下工业外骨骼。它必须知道你的髋关节角度、你施加在负荷上的力以及你肌肉的电活动。这些信息会传递给控制器​​,控制器再决定提供多大的辅助扭矩。如果感知错误,机器人不仅帮不了你,反而会与你作对。

惯性测量单元(IMU)就是一个很好的例子。它们融合了加速度计、MEMS陀螺仪和融合算法,能够提供精确的运动数据并支持智能控制。这有助于外骨骼响应用户的需求并实现自然贴合。在软体外骨骼中,IMU 可以采集角度、角加速度和角速度等实时运动数据。这使得控制系统能够识别地形并精确调整运动模式。

惯性测量单元(IMU)使得在室内外进行步态分析成为可能,克服了传统运动捕捉系统的局限性。它们能够估计人体的运动意图,这对于控制外骨骼至关重要。可穿戴式IMU系统为辅助策略提供参考数据,帮助运动者达到预期轨迹。多个IMU被放置在身体的不同部位,收集复杂的数据,并通过传感器融合来估计运动学参数和关节角度。

传感器是如何制造的

这些器件的制造方法因传感器类型而异。例如,惯性测量单元 (IMU) 内部的微机电系统 (MEMS) 陀螺仪等微型传感器,依赖于光刻和 MEMS 制造技术。这些工艺以惊人的精度,在硅晶片上逐层构建微小的机械结构。

柔性可拉伸传感器的制造工艺有所不同。丝网印刷将导电油墨涂覆到聚合物基材上,形成轻薄可弯曲的传感元件。这种方法非常适用于可穿戴应用,因为传感器需要贴合人体曲面。

传感器模块随后要经过贴片组装。机器高速地将微小元件贴装到电路板上,然后通过回流焊将其固定到位。实际上,这一步骤对可靠性的影响几乎超过其他任何步骤。

像NOBLE这样的中国领先制造企业,凭借其卓越的服务能力和专业的加工技术,为客户打造了这一阶段的可穿戴机器人组件。他们帮助客户高效地从原型制作过渡到批量生产,从而大幅缩短了开发周期。

常见传感器类型

在可穿戴机器人领域,多种传感器反复出现。惯性测量单元用于运动跟踪;力敏电阻用于测量压力和抓握力;肌电图(EMG)传感器读取肌肉电活动,用于假肢控制;编码器用于跟踪工业机器人手臂的关节旋转。

肌电传感器的性能对肌电假肢至关重要。请参考以下规格:

规格 Myoware肌肉传感器 开发了肌电传感器
信噪比 23.39分贝 32.95分贝
灵敏度 0.159 V/N 0.2943 V/N
上升时间 323毫秒 136毫秒
下降时间 261毫秒 408毫秒

与商用肌电传感器相比,所开发的肌电传感器信噪比提高了1.4倍,灵敏度提高了45%。此外,该传感器的输出响应速度比商用传感器快57%。

对于假肢控制而言,需要响应时间较短(低于 300 毫秒)且具有高度直观性的中等质量 EMG 设备。

响应时间阈值解释了为什么传感器的选择不仅仅取决于精度。速度和直观性决定了用户是否信任该设备。即使读数完美,反应迟钝的可穿戴设备也会让人感觉不可靠。

可穿戴机器人组件中的执行器

可穿戴机器人组件中的执行器

执行器的作用

执行器将能量转化为动能,这是最简单的解释方式。在可穿戴机器人中,它们的作用类似于肌肉。它们利用电能产生运动,帮助你举起、行走或抓握物体。

大多数执行器都以电机为基础。电机转速很快,但扭矩却很小。驱动系统和减速齿轮解决了这个问题。它们降低电机转速,从而增加扭矩。然后,传动装置将扭矩传递到关节或末端执行器。整个传动链至关重要。动力不足的齿轮箱会浪费强大的电机。

串联弹性致动器在电机和负载之间增加了一个弹簧。这种设计赋予了器件良好的抗冲击性和安全性。这对于康复外骨骼中的人机交互至关重要。弹簧能够吸收突发冲击力,而不是将其传递给人体。

实际使用中就能感受到这些好处:

  • 透明的人机交互可降低负重行走时的代谢成本 10-15%。
  • 如 H2 外骨骼所示,反向驱动力控制有助于中风恢复。
  • 可变阻抗设计提高了肌肉力量较弱的老年用户的适应性。

这些数据来自康复研究。它们表明,依从性不仅仅是锦上添花,更是一项安全保障。

执行器是如何制造的

执行器生产是一个多步骤的过程,每个步骤都需要严格的公差控制。任何一个环节的微小误差都可能导致整个执行器报废。

首先,CNC机床对电机外壳进行加工成型。外壳必须确保定子和转子完美对齐。任何晃动都会导致振动和噪音。接下来是绕制线圈。机器将铜线以精确的张力缠绕在定子铁芯上。线圈松散会以热量的形式浪费能量,而线圈过紧则有断线的风险。

接下来是磁体组件的组装。永磁体被精确地安装到转子中。它们的方位决定了电机的扭矩常数。然后是齿轮加工,用于制造减速齿轮。滚齿机和成形机加工出啮合顺畅的齿。加工不良的齿轮磨损快,效率低下。

编码器集成标志着整个构建过程的完成。编码器跟踪电机的位置和速度,并将这些数据发送回控制器。如果没有编码器,执行器就无法移动到指令位置。控制回路依赖于此反馈。

从实际角度来看,这条链条上的每一个环节都会影响最终性能。一台性能优异的发动机,如果变速箱质量差,其性能也如同劣质发动机一般。制造商必须严格把控每个环节的质量。

软气动执行器

并非所有可穿戴机器人都使用刚性电机和齿轮。软体机器人则另辟蹊径。这些系统采用柔性驱动器、织物和柔顺材料。它们能够随着人体弯曲和伸展,而不是与之对抗。

软体机器人改变了工程师对驱动方式的思考。软体机器人不再像传统机器人那样在每个关节处都安装电机,而是利用气压或流体压力。气动人工肌肉就是一个常见的例子。当空气充满编织套管内的气囊时,气囊就会收缩。编织套管迫使气囊收缩和扩张。这种运动模拟了真实肌肉的运动。

这些执行器的制造涉及模塑和加工。首先将硅胶或橡胶放入模具中形成气囊,然后用编织套管包裹。各层之间通过粘合剂或加热粘合在一起。最终制成的执行器轻巧且柔韧。

软体机器人为可穿戴设备带来了显著优势。其材料能够贴合人体,减少压力点,并且比刚性部件更能有效地吸收冲击力。对于帮助中风患者或工厂工人的可穿戴机器人而言,舒适度决定了人们是否会真正使用它。

软体机器人技术确实存在一些不足。与电机相比,软体机器人的驱动力较小,而且需要气动管路或泵,这会增加体积。尽管如此,软体机器人技术在康复和辅助设备领域仍在不断发展。软体机器人领域持续吸引着研究经费。软体机器人技术最终可能会在许多可穿戴应用中取代刚性驱动器。软体机器人技术代表着工程师在设计人性化机器方面方式的重大转变。软体机器人技术在可穿戴技术领域的未来前景光明。

可穿戴机器人部件的结构组成

可穿戴机器人部件的结构组成

结构元件的功能

结构部件赋予可穿戴机器人形状和强度。它们承载负载,固定其他所有组件,并将力传递到机器人身体的正确位置。可以把它们想象成骨架。如果没有坚固的框架,传感器和执行器就无处附着。

结构部件的清单比大多数人想象的要长。它包括底座、主体、框架、底盘、末端执行器和输入设备。底座和底盘构成主平台。框架连接关节和连杆。末端执行器是与用户或环境接触的部件,例如手柄或脚踏板。按钮或操纵杆等输入设备也需要结构安装。

制造结构件

钣金加工负责大部分车架和底盘的制造。激光切割能够高精度地切割出扁平的金属板材。然后,折弯机将金属折弯成三维形状。最后,焊接将各个部件连接成一个刚性整体。这套流程适用于中型到大型零件的加工。

精密零件的加工主要采用数控加工。连接支架、轴承座和安装板等部件需要极高的公差。数控铣床或车床可将金属切割成精确尺寸。注塑成型则用于制造聚合物外壳。熔融塑料注入钢模,冷却后脱模,形成成品外壳。这种方法适用于大批量生产外壳和盖板。

结构材料

材料的选择决定了重量、强度和成本。以下是常见材料的比较:

材料 关键属性 典型用途
铝合金 轻便、坚固、易于加工 框架、支架
高强度重量比 承重节点
碳纤维复合材料 非常坚硬,非常轻 武器,链接
工程塑料 价格低廉、柔韧性好、绝缘性强 外壳、盖板

铝合金是许多可穿戴机器人部件的理想选择。它们加工速度快且耐腐蚀。钛合金成本更高,但其强度重量比在高负载关节中优势显著。碳纤维复合材料重量轻且刚度出色,这对于需要长时间摆动的机械臂连接件至关重要。工程塑料则适用于外壳和非承重部件。

选择合适的材料是一门权衡之术。较重的框架感觉结实,但会让用户感到疲劳;较轻的框架在负重时可能会弯曲变形。在这个阶段做出的良好制造决策,决定了最终的可穿戴设备是成为一种工具还是一种负担。

可穿戴机器人组件中的控制系统

可穿戴机器人组件中的控制系统

机器人的大脑

控制系统就像可穿戴机器人的大脑。它接收来自所有传感器的数据,计算下一步动作,并指示执行器执行相应操作。这个循环每秒重复多次。如果速度太慢,用户会感觉机器人动作生硬。

该系统由四个主要部分组成。控制器是运行逻辑的处理器。控制单元包含电源电子元件和信号调理电路。软件告诉硬件需要遵循哪些规则。输入设备接口将按钮、操纵杆或手机应用程序连接到主板。这些部件协同工作,将原始信号转换为流畅、安全的运动。

制造控制硬件

控制板的制造始于印刷电路板 (PCB) 的制作。铜线被蚀刻到玻璃纤维板上。然后,电路板进入表面贴装技术 (SMT) 组装环节。机器将微型芯片贴装到电路板上,并通过回流焊将它们固定到位。

SMT(表面贴装技术)对于软体机器人中的柔性电路至关重要。更少的通孔和焊点意味着更少的故障点。

此外,减少通孔和焊点数量可以提高机器人的可靠性。连接点越少,发生故障的可能性就越小。这意味着机器人系统可以长时间稳定运行而无需维修。

组装完成后,会添加微控制器和芯片。然后将电路板密封在外壳中,以防止灰尘、汗水和冲击。这一步骤决定了电子元件能否承受日常使用。

软件和固件

固件是存储在微控制器中的代码。它负责传感器集成,将来自惯性测量单元 (IMU)、力传感器和编码器的数据整合到一个数据流中。传感器融合将这些读数结合起来,形成用户运动的清晰图像。

实时控制算法会利用这幅图像,计算出每个执行器应该输出多大的扭矩。控制回路必须快速完成,否则机器人就会落后于用户。优秀的固件还会进行安全检查,例如在出现问题时切断电源。

从实际角度来看,软件和硬件必须协同工作。即使主板性能优异,如果固件糟糕,仍然会让人感觉不到它的存在。工程师在可穿戴机器人出厂前,都会将软件和硬件作为一个整体系统进行测试。

可穿戴机器人部件的加工工艺

可穿戴机器人部件的加工工艺

减材制造

减材制造方法是指从实心块体中去除材料,直至得到最终形状。数控加工是此类方法中的首选。旋转刀具能够高精度地切削金属,五轴机床可以实现三轴机床无法达到的角度加工。对于铝合金外骨骼关节,五轴数控加工可获得 Ra 0.2 µm 的表面粗糙度。而标准的铝合金加工通常只能达到 Ra 0.8 µm。当零件相互滑动或承受重载时,这种差距至关重要。

激光切割和水刀切割都适用于加工平板和片材零件。每种方法在加工可穿戴机器人组件方面各有优缺点。让我们来看看它们在碳纤维复合材料加工方面的比较:

属性 激光切割 水刀切割
切口宽度 窄缝 比激光切割更宽的切口
边缘质量 边缘清晰方正;热影响区较小 缎面边缘光滑;无热影响区
碳纤维适用性 不推荐——有毒气体 建议——冷侵蚀不会破坏建筑物结构

激光切割对厚度小于 5 毫米的薄碳纤维板具有无与伦比的精度。非接触式加工避免了刀具磨损。但热损伤的风险依然存在。错误的设置可能会削弱树脂粘合力。水刀切割非常适合加工厚度超过 10 毫米的厚碳纤维,且不会产生热变形。磨料流能够完美地处理层状复合材料。缺点是切割速度较慢,喷嘴磨损导致的维护成本较高。薄板适合激光切割,厚板适合水刀切割。简单的形状两种方法都适用。三维曲面则需要数控机床加工。

增材制造

3D打印技术通过逐层构建数字文件零件,非常适合原型制作和定制零件生产。FDM技术利用熔融塑料通过喷嘴喷射成型,成本低廉且速度快,适用于早期设计验证。SLA技术使用激光固化液态树脂,能够制造出更光滑的表面和更精细的细节。SLS技术则利用激光熔化粉末,无需支撑结构即可制造出坚固的零件。

对于可穿戴机器人组件而言,增材制造大幅缩短了交付周期。过去需要数周才能完成的定制假肢插座,现在只需几天即可打印完成。工程师们能够更快地迭代产品,因为他们可以更快地拿到实物部件。材料种类繁多,从基础的PLA到工程级尼龙和碳纤维填充丝材,应有尽有。每种材料在强度、重量和成本之间都取得了不同的平衡。

形成和结合过程

成型工艺无需切割即可对材料进行塑形。注塑成型是将熔融塑料注入钢模,冷却后即可脱模,形成成品外壳。该工艺适用于大批量生产外壳和盖板。热成型则是将塑料片材加热至软化,然后将其拉伸成型。它适用于头盔外壳或车身面板等大型薄型零件。

连接工艺将各个部件连接在一起。焊接利用热或压力将金属部件熔合在一起。粘接则利用化学键连接表面。粘合剂能够均匀分散应力,并适用于不同材料。例如,碳纤维臂与铝制支架的粘接就受益于这种方法。合适的连接方法取决于载荷类型、材料组合以及环境条件。从实际应用角度来看,可穿戴机器人组件的最佳制造工艺通常会将多种连接方法结合在一个装配过程中。

可穿戴机器人组件的设计考虑因素

可穿戴机器人组件的设计考虑因素

重量、舒适度和人体工程学

重量过重的可穿戴机器人对任何人都没有帮助。人们会直接放弃佩戴。在长达八小时的轮班中,每一克重量都至关重要。工程师们会选择铝和碳纤维等轻质材料,并去除不必要的材料。舒适度取决于设备与身体的贴合度。绑带需要衬垫,关节必须符合人体自然的运动方式。不合适的设备会导致摩擦和疼痛。

人体工程学标准有助于确保合适的佩戴体验。ISO 11228 标准规定了举起和搬运的规则,它告诉设计人员安全的重量范围以及最佳的手部姿势。例如,它建议采用稳固的握法,保持手腕中立,并避免极端角度。这些标准直接影响着外骨骼手臂支撑的设计。另一项标准 ISO 11226 涵盖了静态工作姿势,它为工人长时间保持静止状态的设计提供了规则。对于工厂中的腕部外骨骼而言,这些关于手动搬运和静态姿势的规则是最有用的指导原则。

这些规则帮助工程师决定在哪些地方需要增加支撑,在哪些地方需要保持活动自由。好的设计能让你在机器人承载重物的同时,自然地弯曲身体。

耐用性和安全性

机器人部件会受到汗水、灰尘和反复应力的影响。一个支架如果一周后就开裂,那就毫无用处。耐用性首先在于选择合适的材料。金属需要防锈,塑料需要能承受冲击。散热也至关重要。电机在使用过程中会发热。如果热量积聚过多,部件就会损坏,甚至可能烫伤用户。因此,设计人员会添加通风口或散热片来降低温度。

安全标准设定了可接受的标准。ISO 13482 涵盖个人护理机器人,包括移动服务机器人、物理辅助机器人(涵盖外骨骼)和载人机器人。对于外骨骼,该标准要求具备以下三个类别的特定功能:

  1. 本质安全的机械设计——防夹点保护、表面顺应性和稳定性。
  2. 功能安全与控制——紧急停止、速度控制、力/扭矩限制和环境感知。
  3. 可预测、可控的行为——清晰的意图提示、便捷的紧急停止和优雅的降级。

这些要求促使设计人员思考可能出现的问题。例如,传感器故障、电池在升降过程中耗尽等。机器人必须能够安全失效。满足这些标准有助于开拓市场并建立信任。

设计旨在减少伤害

外骨骼的最终目标是减少工伤。在工厂里,工人们经常因搬运重物而伤到背部。外骨骼可以支撑脊柱,分担一部分负荷。在建筑工地,高空作业会给肩膀带来压力。手臂支撑装置可以承受重量。通过将力从使用者身体转移开来,这些装置可以预防肌肉和骨骼损伤的发生。

医疗器械也遵循同样的理念。康复外骨骼可以帮助中风患者重新行走,但它也必须保护他们免于跌倒。传感器会检测患者何时失去平衡,控制系统会切断电源或调整支撑。设计师会在接触点添加衬垫,并调整框架形状以避免对骨骼造成压力。每一个细节都旨在促进康复,而非造成伤害。

好的设计不仅能为用户提供支撑,还能主动保护用户。合适的设备佩戴起来自然舒适,用户活动自如,机器人辅助操作也不会妨碍其行动。而糟糕的设计则会带来新的风险,例如夹伤或过热。正因如此,标准至关重要,测试也必不可少。当工程师们设计得当,这些机器就能让危险的工作更安全,并帮助人们更快地从伤病中恢复。

可穿戴机器人组件的材料

可穿戴机器人组件的材料

金属和合金

在大多数可穿戴机器人部件中,金属承担着重要的承载任务。铝合金是框架和支架的首选材料,它们轻便、坚固且易于加工。钛合金价格更高,但其极高的强度重量比使其成为承重连接的理想选择。不锈钢也位列其中,它具有防锈和高应力特性,非常适合用于结构销钉和紧固件。

选择合适的金属取决于具体用途。髋关节外骨骼框架需要刚性强且重量轻,铝材就能很好地满足这一要求。膝关节需要承受反复冲击,可能需要钛合金。不锈钢则适用于会接触汗水和风吹雨淋的部件。每种金属在重量、强度和成本方面都有其自身的平衡点。

聚合物和复合材料

塑料和复合材料的应用范围非常广泛,从外壳到连杆都包含在内。ABS 是一种通用工程塑料,具有良好的冲击强度、易于成型,并且易于涂漆和表面处理,因此成为消费电子产品外壳和设备外壳的标准材料。聚碳酸酯 (PC) 的抗冲击性更高,并且天然级聚碳酸酯还具有尺寸稳定性和光学透明度。此外,还有抗紫外线等级的聚碳酸酯产品可用于户外环境。

塑料 耐冲击性
ABS
聚碳酸酯(PC) 非常高

PC/ABS 共混物比未填充的 PC 具有更高的抗冲击性和更易加工性。对于可穿戴机器人部件而言,这一点至关重要,因为外壳必须经受住跌落和日常磨损。碳纤维复合材料在保证轻量化的同时,还能提供出色的刚度。玻璃纤维成本更低,但强度依然很高。尼龙适用于齿轮和易损件。这些材料使工程师能够在不牺牲耐用性的前提下减轻重量。

智能功能材料

智能材料在受到刺激时会改变形状或特性。形状记忆合金加热后会恢复到预设形状,因此可用于制造小型致动器。压电材料在受到挤压时会产生电荷,施加电压后也能改变形状。这些材料有助于在狭小空间内进行传感和运动控制。

导电纺织品赋予了软体机器人生命。它们能够通过织物传输信号和电力,使软体机器人能够随人体弯曲和伸展。软体机器人依靠这些柔性材料来实现舒适的佩戴体验,并利用它们进行压力传感。导电且不僵硬的织物对软体机器人大有裨益。软体机器人每年都在不断采用新的智能材料。软体机器人研究人员正在测试导电纺织品在类似肌肉驱动方面的应用。软体机器人或许有一天能够取代许多可穿戴设备中的刚性部件。目前,软体机器人技术已应用于康复手套和辅助服等领域。软体机器人代表着工程师在构建人性化机器方面发生的重大变革。

可穿戴机器人组件的应用

可穿戴机器人组件的应用

工业和制造应用

如今,工厂每天都在使用可穿戴机器人组件。工人们在装配线上长时间工作前会穿上外骨骼。这些设备在重复性工作中为背部、肩部和腿部提供支撑。工业可穿戴机器人并不会取代工人,而是帮助工人分担体力劳动。

汽车公司很早就开始使用这些设备。装配工人需要长时间举着手臂过头顶,他们会穿戴手臂支撑外骨骼。这种装置可以支撑工具的重量,让肩部肌肉得到休息。物流工人整天搬运箱子,他们会穿戴背部支撑服。这些应用可以减轻疲劳,提高工人在轮班期间的工作效率。同样的部件也出现在建筑、农业和仓储行业。不同的应用场景需要不同的传感器、执行器和框架组合。

医疗和康复应用

医生和治疗师以多种方式使用可穿戴机器人部件。医用可穿戴机器人可以帮助中风或脊髓损伤患者重新行走。动力外骨骼引导腿部完成自然的行走模式。这类康复设备让治疗师能够专注于患者的康复进展,而不是费力地扶着他们。带有动力关节的假肢可以帮助截肢患者恢复抓握力和平衡感。手术辅助机器人也采用了相同的传感器和执行器技术。

临床研究结果也证实了这一点。一项中风后研究发现,9名使用外骨骼的患者中有7名行走能力有所改善,步行测试成绩达到2至4级。而8名未使用外骨骼的患者中,有6名仍处于最低水平(0至1级)。使用外骨骼组的生活质量评分远高于未使用组,中位数为0.767,而未使用组仅为0.434。两组均未发生严重不良事件。

提高行动能力

用户对安全性和舒适性的评分处于中等水平,为 4.5 分(满分 5 分)。一些用户仍然抱怨重量和使用寿命。这些反馈促使工程师不断改进每个部件。

提升工人安全的应用

这些机器最大的优势在于提升了工人的安全保障。背部损伤、肩部拉伤和关节磨损是体力劳动者常见的健康问题。肌肉和骨骼损伤每年给企业造成数十亿美元的工时损失。可穿戴机器人部件能够将作用力从人体转移到机器人框架上。这种简单的改变就能在损伤发生之前就将其扼杀在萌芽状态。

在重复搬运重物时,良好的姿势支撑至关重要。外骨骼能够保持脊柱的安全生理曲度,并分担负荷。这样一来,工人可以保持更长时间的高效工作,并且回家时不会感到疼痛。从实际角度来看,安全性和生产力并非对立关系,而是相辅相成。软体机器人技术使这些防护服更加轻便舒适,从而进一步提升了安全性。软体机器人技术使设备能够随身体弯曲,而不是与之对抗。随着技术的不断进步,其在医疗保健、仓储和制造业等领域的应用也在不断扩展。

NOBLE:制造可穿戴机器人组件

NOBLE:制造可穿戴机器人组件

金属和塑料加工技能

NOBLE公司以金属和塑料加工而闻名,这一专长恰好契合可穿戴机器人部件的需求。框架、支架和关节外壳都需要精确的尺寸和光滑的表面。该公司集CNC加工、钣金加工和注塑成型于一体,无需外包给其他工厂即可完成铝制框架、钛合金关节和塑料外壳的制造。

由同一合作伙伴负责金属和塑料部件的供应可以节省时间。如果支架设计发生变更,无需寻找新的供应商。工程师只需修改CAD文件,工厂即可制作新版本。对于需要经过多次测试的可穿戴设备而言,这种速度至关重要。

认证和质量

质量体系能够体现哪些制造商认真负责,哪些不认真负责​​。NOBLE 拥有 ISO 9001:2015 和 ISO 13485:2016 认证。对于任何生产医疗或保健产品的企业来说,ISO 13485:2016 认证都至关重要。

ISO 13485 认证表明公司致力于在医疗器械制造领域达到最高的质量、安全和法律卓越标准。

这种投入会带来实实在在的回报。获得认证的供应商通常会获得:

  • 获得大型医疗器械公司认可,成为值得信赖的供应商。
  • 价格上涨,因为顾客检查商品的工作量减少了。
  • 由于ISO认证满足了许多审核要求,因此客户审核次数减少。
  • 加快新医疗器械客户的注册速度。

一家无菌医疗器械代工制造商获得了 ISO 13485 认证,并将客户审批时间从 12 个月缩短至 4 个月。审核次数也从每年四次减少到每年一次。通过更佳的市场定位,合同金额增长了 25%,该公司还成功进入了此前看似封闭的欧洲市场。这些成果充分展现了强大的质量体系对可穿戴机器人项目的重要性。

从设计到组装的全方位服务

NOBLE 的业务远不止于操作机器。团队会参与从设计到组装的整个流程。首先是针对制造工艺的设计提供反馈。工程师会在开模之前指出哪些特征难以加工或成型。接下来是测试模型,然后是生产模具,最后是最终组装和测试。

这种完整的方案适用于可穿戴机器人部件,因为各个部件能够协同工作。传感器安装座必须与框架对齐。外壳必须为执行器留出空间。当一个团队负责所有步骤时,这些连接就能及早得到检查。有项目想法的读者可以联系NOBLE,展开讨论。

可穿戴机器人需要五大核心部件:传感器、执行器、结构组件、电源和控制系统。光刻技术用于制造微型MEMS传感器。线圈绕制和CNC加工用于制造执行器。CNC加工还用于成型框架。注塑成型用于制造塑料外壳。PCB组装用于制造控制板。电池生产为整个设备供电。碳纤维等材料可在不牺牲强度的前提下减轻重量。良好的设计有助于减少工伤,并确保工人在长时间轮班工作中的安全。先进的制造工艺每年都在推动可穿戴机器人技术的发展,带来更优质的材料和方法。如果您有可穿戴机器人项目,NOBLE可提供从设计到组装的全方位支持。

可穿戴机器人组件常见问题解答

可穿戴机器人的主要组成部分有哪些?

五大类组件几乎涵盖了所有设备:传感器、执行器、结构件、电源和控制系统。传感器读取运动和力。执行器产生运动。结构件将所有组件连接在一起。电源为电子元件供电。控制系统将所有组件连接起来,并决定下一步的运行。

每个部件分别采用哪种制造工艺生产?

每个可穿戴机器人组件都有其自身的制造工艺。光刻和微机电系统(MEMS)制造用于生产微型传感器。数控加工和线圈绕制用于制造执行器。钣金加工和注塑成型用于制造框架和外壳。印刷电路板(PCB)组装用于制造控制板。电池生产用于制造电源。

为什么传感器在可穿戴机器人中如此重要?

传感器会将你的身体动作告诉机器人。惯性测量单元 (IMU) 追踪关节角度。力敏电阻测量抓握力。肌电图 (EMG) 传感器读取肌肉信号。如果感知错误,设备不仅不会帮助你,反而会与你对抗。响应时间也至关重要——假肢控制需要 300 毫秒以内的读数才能感觉自然。

刚性致动器和柔性致动器有什么区别?

刚性致动器使用电机、齿轮和传动装置,可提供高力输出和精确控制。柔性致动器则利用气压、织物和柔性材料,能够随身体弯曲,更好地吸收冲击力。但缺点是力输出较低,而且通常需要泵或气管。

哪些材料最适合用于结构件?

这取决于具体用途。铝合金轻便易加工,因此适用于框架和支架。钛合金具有高强度重量比,适合用于承重连接件。碳纤维复合材料在保持轻量化的同时,还能保持较高的刚性。工程塑料则以低成本的方式用于制造外壳和盖板。

可穿戴机器人是否必须符合安全标准?

是的,具体规则取决于用途。ISO 13482 涵盖个人护理机器人,包括外骨骼。它要求具备防夹点保护、紧急停止功能和力限制。ISO 11228 和 ISO 11226 指导提升和静态姿势的人体工程学设计。符合这些标准有助于建立信任并开拓市场。

3D打印能否取代CNC加工来制造这些零件?

不完全如此。增材制造非常适合原型制作和定制产品。过去需要数周才能完成的定制假肢接受腔,现在几天就能打印出来。但批量生产的框架和关节仍然需要数控加工才能保证严格的公差和光滑的表面。大多数产品都是结合了这两种方法,再加上注塑成型来生产大批量外壳。

我该如何选择生产合作伙伴?

寻找一家能够同时加工金属和塑料的工厂,因为框架、接头和外壳都需要组装在一起。检查质量认证——ISO 9001:2015 涵盖通用质量管理体系,而 ISO 13485:2016 则对医疗器械至关重要。选择能够处理设计反馈、原型制作和最终组装的合作伙伴,可以节省时间并及早发现装配问题。

皮斯卡里·赫斯科维奇-1

撰稿

皮斯卡里·赫斯科维奇

Piscary Herskovic 是 NOBLE 的内容营销总监,拥有超过 20 年的内容写作经验。他精通 3D 建模、CNC 加工和精密注塑成型。他可以为您的项目提供建议,帮助您选择合适的零件制造工艺,降低成本并缩短项目周期。

公司动态
立即获取免费报价!
联系表格演示(#3)

请附上您的3D图纸。我们尊重您的知识产权,并支持签署保密协议。或者,您也可以通过电子邮件发送询价单:IM@nobleai.cn

相关产品

[博客相关产品]

相关新闻

芯片实验室组件是将完整的实验室功能集成到单个芯片上的微型设备。您选择的材料和制造方法。

导管接头在第一次蒸汽高压灭菌循环后出现裂纹。该聚合物符合生物相容性标准,但却无法承受高压灭菌。

数据中心、医疗设备和航空航天系统都依赖于流体模块的数控加工。这些模块化冷却部件利用数控机床处理热量。

选择合适的液压阀块对整个系统的成功至关重要。这一选择会影响系统的性能、成本和长期可靠性。

医疗机器人广泛应用于医院、康复中心和养老院。机械臂是其中最重要的部件之一。

想想你智能手机摄像头的镜头。即使它比硬币还小,也能拍出清晰的照片。

为体外诊断(IVD)流体组件选择合适的制造工艺是一项巨大的挑战。这一选择会影响性能、成本和法规遵从性。

您是否正在努力加快医疗设备研发速度?现在您可以缩短漫长的设计测试周期。

滚动到顶部

留言!

联系表格演示(#3)

请附上您的3D图纸。我们尊重您的知识产权,并支持签署保密协议。或者,您也可以通过电子邮件发送询价单:IM@nobleai.cn

如果您有任何疑问,请随时与我们联系。
客户合作案例