穿戴式機器人是一種佩戴在身上的動力設備，用於輔助行動。它主要由五大組件構成：感測器、致動器、結構件、電源和控制系統。每個組件的製造工藝各不相同。感測器採用光刻技術製造，結構件透過數控加工成型，外殼採用注塑成型，控制系統採用PCB組裝，電源則需電池生產。預計2030年，穿戴式機器人市場規模將達到11,889.36億美元，年複合成長率高達43.45%。想像工業外骨骼或智慧義肢。這些組件協同工作，減輕身體負擔，恢復功能。接下來，我們將探討材料和製造流程如何將它們變為現實。
可穿戴機器人組件中的感測器
感測器做什麼
感測器就像是可穿戴機器人的神經系統。它們能夠偵測使用者及其周圍環境的運動、力、位置和身體訊號。如果沒有感測器，設備就無法判斷你是在行走、舉重還是靜止站立。
想像一下工業外骨骼。它必須知道你的髖關節角度、你施加在負荷上的力以及你肌肉的電活動。這些資訊會傳遞給控制器，控制器再決定提供多大的輔助扭力。如果感知錯誤，機器人不僅幫不了你，反而會與你作對。
慣性測量單元（IMU）就是一個很好的例子。它們融合了加速度計、MEMS陀螺儀和融合演算法，能夠提供精確的運動數據並支援智慧控制。這有助於外骨骼響應用戶的需求並實現自然貼合。在軟體外骨骼中，IMU 可以擷取角度、角加速度和角速度等即時運動資料。這使得控制系統能夠識別地形並精確調整運動模式。
慣性測量單元（IMU）使得在室內外進行步態分析成為可能，克服了傳統運動捕捉系統的限制。它們能夠估計人體的運動意圖，這對於控制外骨骼至關重要。穿戴式IMU系統為輔助策略提供參考數據，幫助運動者達到預期軌跡。多個IMU被放置在身體的不同部位，收集複雜的數據，並透過感測器融合來估計運動學參數和關節角度。
感測器是如何製造的
這些裝置的製造方法因感測器類型而異。例如，慣性測量單元 (IMU) 內部的微機電系統 (MEMS) 陀螺儀等微型感測器，依賴光刻和 MEMS 製造技術。這些製程以驚人的精度，在矽晶片上逐層建構微小的機械結構。
柔性可拉伸感測器的製造流程有所不同。網版印刷將導電油墨塗覆到聚合物基材上，形成輕薄可彎曲的感測元件。這種方法非常適合穿戴式應用，因為感測器需要貼合人體曲面。
感測器模組隨後要經過貼片組裝。機器高速地將微小元件貼裝到電路板上，然後透過回流焊接將其固定到位。實際上，這一步驟對可靠性的影響幾乎超過其他任何步驟。
像NOBLE這樣的中國領先製造企業，憑藉其卓越的服務能力和專業的加工技術，為客戶打造了這一階段的可穿戴機器人組件。他們幫助客戶有效率地從原型製作過渡到大量生產，從而大幅縮短了開發週期。
常見感測器類型
在穿戴式機器人領域，多種感測器反覆出現。慣性測量單元用於運動追蹤；力敏電阻用於測量壓力和抓握力；肌電圖（EMG）感測器讀取肌肉電活動，用於義肢控制；編碼器用於追蹤工業機器人手臂的關節旋轉。
肌電感測器的性能對肌電義肢至關重要。請考慮以下規格：
| 規格 | Myoware肌肉感測器 | 已開發肌電感測器 |
| 信噪比 | 23.39 db | 32.95 db |
| 靈敏度 | 0.159 V/N | 0.2943 V/N |
| 上升時間 | 323毫秒 | 136毫秒 |
| 下降時間 | 261毫秒 | 408毫秒 |
與商用肌電感測器相比，所開發的肌電感測器訊號雜訊比提高了1.4倍，靈敏度提高了45%。此外，此感測器的輸出響應速度比商用感測器快57%。
對於義肢控製而言，需要反應時間較短（低於 300 毫秒）且具有高度直覺性的中等品質 EMG 設備。
響應時間閾值解釋了為什麼感測器的選擇不僅僅取決於精度。速度和直覺性決定了使用者是否信任該設備。即使讀數完美，反應遲鈍的穿戴裝置也會讓人感覺不可靠。
可穿戴機器人組件中的執行器
執行器的作用
執行器將能量轉換為動能，這是最簡單的解釋方式。在穿戴式機器人中，它們的作用類似於肌肉。它們利用電能產生運動，幫助你舉起、行走或抓握物體。
大多數執行器都以馬達為基礎。馬達轉速很快，但扭力卻很小。驅動系統和減速齒輪解決了這個問題。它們降低馬達轉速，從而增加扭力。然後，傳動裝置將扭矩傳遞到關節或末端執行器。整個傳動鏈至關重要。動力不足的齒輪箱會浪費強大的馬達。
串聯彈性致動器在馬達和負載之間增加了一個彈簧。這種設計賦予了裝置良好的抗衝擊性和安全性。這對於復健外骨骼中的人機互動至關重要。彈簧能夠吸收突發衝擊力，而不是傳遞給人體。
實際使用中就能感受到這些好處：
- 透明的人機互動可降低負重行走時的代謝成本 10-15%。
- 如 H2 外骨骼所示，反向驅動力控制有助於中風恢復。
- 可變阻抗設計提高了肌肉力量較弱的老年用戶的適應性。
這些數據來自復健研究。它們表明，依從性不僅僅是錦上添花，更是一項安全保障。
執行器是如何製造的
執行器生產是一個多步驟的過程，每個步驟都需要嚴格的公差控制。任何一個環節的微小誤差都可能導致整個執行器報廢。
首先，CNC機床對馬達外殼進行加工成型。外殼必須確保定子和轉子完美對齊。任何晃動都會導致振動和噪音。接下來是繞製線圈。機器將銅線以精確的張力纏繞在定子鐵芯上。線圈鬆散會以熱量的形式浪費能量，而線圈過緊則有斷線的風險。
接下來是磁鐵組件的組裝。永久磁鐵被精確地安裝到轉子中。它們的方位決定了馬達的扭力常數。然後是齒輪加工，用來製造減速齒輪。滾齒機和成形機加工出嚙合順暢的齒。加工不良的齒輪磨損快，效率低。
編碼器整合標誌著整個建置過程的完成。編碼器追蹤馬達的位置和速度，並將這些資料傳回控制器。如果沒有編碼器，執行器就無法移動到指令位置。控制迴路依賴此回饋。
從實際角度來看，這條鏈條上的每一個環節都會影響最終效能。一台性能優異的發動機，如果變速箱品質差，其性能也如同劣質發動機一般。製造商必須嚴格把控每個環節的品質。
軟氣動執行器
並非所有穿戴式機器人都使用剛性馬達和齒輪。軟體機器人則另闢蹊徑。這些系統採用柔性驅動器、織物和柔順材料。它們能夠隨著人體彎曲和伸展，而不是與之對抗。
軟體機器人改變了工程師對驅動方式的思考。軟體機器人不再像傳統機器人那樣在每個關節處安裝電機，而是利用氣壓或流體壓力。氣動人工肌肉就是一個常見的例子。當空氣充滿編織套管內的氣囊時，氣囊就會收縮。編織套管迫使氣囊收縮和擴張。這種運動模擬了真實肌肉的運動。
這些執行器的製造涉及模塑和加工。首先將矽膠或橡膠放入模具中形成氣囊，然後用編織套管包裹。各層之間透過黏合劑或加熱黏合在一起。最終製成的執行器輕巧且柔韌。
軟體機器人為穿戴式裝置帶來了顯著優勢。其材料能夠貼合人體，減少壓力點，並且比剛性部件更能有效地吸收衝擊力。對於幫助中風患者或工廠工人的可穿戴機器人而言，舒適度決定了人們是否會真正使用它。
軟體機器人技術確實存在一些不足之處。與馬達相比，軟體機器人的驅動力較小，而且需要氣動管路或泵，這會增加體積。儘管如此，軟體機器人技術在復健和輔助設備領域仍在不斷發展。軟體機器人領域持續吸引研究經費。軟體機器人技術最終可能會在許多可穿戴應用中取代剛性驅動器。軟體機器人技術代表工程師在設計人性化機器方面方式的重大轉變。軟體機器人技術在穿戴式科技領域的未來前景光明。
穿戴式機器人零件的結構組成
結構元件的功能
結構部件賦予可穿戴機器人形狀和強度。它們承載負載，固定其他所有組件，並將力傳遞到機器人身體的正確位置。可以把它們想像成骨架。如果沒有堅固的框架，感測器和執行器就無處附著。
結構部件的清單比大多數人想像的還要長。它包括底座、主體、框架、底盤、末端執行器和輸入設備。底座和底盤構成主平台。框架連接關節和連桿。末端執行器是與使用者或環境接觸的部件，例如手柄或腳踏板。按鈕或操縱桿等輸入設備也需要結構安裝。
製造結構件
鈑金加工負責大部分車架和底盤的製造。雷射切割能夠高精度地切割出扁平的金屬板材。然後，折彎機將金屬折彎成三維形狀。最後，焊接將各個部件連接成一個剛性整體。這套流程適用於中型到大型零件的加工。
精密零件的加工主要採用CNC加工。連接支架、軸承座和安裝板等零件需要極高的公差。數控銑床或車床可將金屬切割成精確尺寸。注塑成型則用於製造聚合物外殼。熔融塑膠注入鋼模，冷卻後脫模，形成成品外殼。這種方法適用於大量生產外殼和蓋板。
結構材料
材料的選擇決定了重量、強度和成本。以下是常見材料的比較：
| 材料 | 主要財產 | 典型用途 |
| 鋁合金 | 輕巧、堅固、易於加工 | 車架、支架 |
| 鈦 | 高強度重量比 | 承重節點 |
| 碳纖維複合材料 | 非常堅硬，非常輕 | 武器，連結 |
| 工程塑料 | 價格低廉、柔韌性佳、絕緣性強 | 住房，涵蓋 |
鋁合金是許多可穿戴機器人零件的理想選擇。它們加工速度快且耐腐蝕。鈦合金成本更高，但其強度重量比在高負載關節中優勢顯著。碳纖維複合材料重量輕且剛性出色，這對於需要長時間擺動的機械手臂連接件至關重要。工程塑膠則適用於外殼和非承重部件。
選擇合適的材料是一門權衡之術。較重的框架感覺結實，但會讓使用者感到疲勞；較輕的框架在負重時可能會彎曲變形。在這個階段做出的良好製造決策，決定了最終的穿戴式裝置是成為工具還是一種負擔。
穿戴式機器人組件中的控制系統
機器人的大腦
控制系統就像是穿戴式機器人的大腦。它接收來自所有感測器的數據，計算下一步動作，並指示執行器執行相應操作。這個循環每秒重複多次。如果速度太慢，使用者會覺得機器人動作生硬。
該系統由四個主要部分組成。控制器是運作邏輯的處理器。控制單元包含電源電子元件和訊號調理電路。軟體告訴硬體需要遵循哪些規則。輸入設備介面將按鈕、操縱桿或手機應用程式連接到主機板。這些部件協同工作，將原始訊號轉換為流暢、安全的運動。
製造控制硬體
控制板的製造始於印刷電路板 (PCB) 的製作。銅線被蝕刻到玻璃纖維板上。然後，電路板進入表面貼裝技術 (SMT) 組裝環節。機器將微型晶片貼裝到電路板上，並透過回流焊將它們固定到位。
SMT（表面貼裝技術）對於軟體機器人中的柔性電路至關重要。更少的通孔和焊點意味著更少的故障點。
此外，減少通孔和焊點數量可以提高機器人的可靠性。連接點越少，發生故障的可能性就越小。這意味著機器人系統可以長時間穩定運作而無需維修。
組裝完成後，會添加微控制器和晶片。然後將電路板密封在外殼中，以防止灰塵、汗水和衝擊。這步驟決定了電子元件能否承受日常使用。
軟件和固件
韌體是儲存在微控制器中的程式碼。它負責感測器集成，將來自慣性測量單元 (IMU)、力感測器和編碼器的資料整合到一個資料流中。感測器融合將這些讀數結合起來，形成使用者運動的清晰影像。
即時控制演算法會利用這張影像，計算出每個執行器應該輸出多大的扭力。控制迴路必須快速完成，否則機器人就會落後使用者。優秀的韌體也會進行安全檢查，例如在出現問題時切斷電源。
從實際角度來看，軟體和硬體必須協同工作。即使主機板性能優異，如果韌體糟糕，仍然會讓人感覺不到它的存在。工程師在穿戴式機器人出廠前，都會將軟體和硬體視為整體系統來測試。
可穿戴機器人零件的加工工藝
減材製造
減材製造方法是指從實心塊體中移除材料，直到得到最終形狀。數控加工是此類方法中的首選。旋轉刀具能夠高精度地切削金屬，五軸機床可實現三軸機床無法達到的角度加工。對於鋁合金外骨骼關節，五軸數控加工可獲得 Ra 0.2 µm 的表面粗糙度。而標準的鋁合金加工通常只能達到 Ra 0.8 µm。當零件相互滑動或承受重載時，這種差距至關重要。
雷射切割和水刀切割都適用於加工平板和片材零件。每種方法在加工穿戴式機器人組件方面各有優缺點。讓我們來看看它們在碳纖維複合材料加工方面的比較：
| 屬性 | 激光切割 | 水射流切割 |
| 切縫寬度 | 窄縫 | 比雷射切割更寬的切口 |
| 邊緣質量 | 邊緣清晰方正；熱影響區較小 | 緞面邊緣光滑；無熱影響區 |
| 碳纖維適用性 | 不推薦－有毒氣體 | 建議－冷侵蝕不會破壞建築物結構 |
雷射切割對厚度小於 5 毫米的薄碳纖維板具有無與倫比的精度。非接觸式加工避免了刀具磨損。但熱損傷的風險依然存在。錯誤的設定可能會削弱樹脂黏合力。水刀切割非常適合加工厚度超過 10 毫米的厚碳纖維，且不會產生熱變形。磨料流能夠完美地處理層狀複合材料。缺點是切割速度較慢，噴嘴磨損導致的維護成本較高。薄板適合雷射切割，厚板適合水刀切割。簡單的形狀兩種方法都適用。三維曲面則需要CNC工具機加工。
添加劑製造
3D列印技術透過逐層建構數位檔案零件，非常適合原型製作和客製化零件生產。 FDM技術利用熔融塑膠透過噴嘴噴射成型，成本低廉且速度快，適用於早期設計驗證。 SLA技術使用雷射固化液態樹脂，能夠製造出更光滑的表面和更精細的細節。 SLS技術則是利用雷射熔化粉末，無需支撐結構即可製造出堅固的零件。
對於穿戴式機器人組件而言，積層製造大幅縮短了交貨週期。過去需要數週才能完成的客製化義肢插座，現在只需幾天即可列印完成。工程師們能夠更快地迭代產品，因為他們可以更快地拿到實體零件。材料種類繁多，從基礎的PLA到工程級尼龍和碳纖維填充絲材，應有盡有。每種材料在強度、重量和成本之間都取得了不同的平衡。
形成和結合過程
成型過程無需切割即可對材料進行塑形。射出成型是將熔融塑膠注入鋼模，冷卻後即可脫模，形成成品外殼。此工藝適用於大量生產外殼和蓋板。熱成型則是將塑膠片材加熱至軟化，然後將其拉伸成型。它適用於頭盔外殼或車身面板等大型薄型零件。
連接製程將各個部件連接在一起。焊接利用熱或壓力將金屬部件熔合在一起。黏接則利用化學鍵連接表面。黏合劑能夠均勻分散應力，並適用於不同材料。例如，碳纖維臂與鋁製支架的黏接就受益於此方法。合適的連接方法取決於負載類型、材料組合以及環境條件。從實際應用角度來看，穿戴式機器人組件的最佳製造流程通常會將多種連接方法結合在一個組裝過程中。
穿戴式機器人組件的設計考量
重量、舒適度和人體工學
重量過重的可穿戴機器人對任何人都沒有幫助。人們會直接放棄佩戴。在長達八小時的輪班中，每一克重量都至關重要。工程師會選擇鋁和碳纖維等輕質材料，並去除不必要的材料。舒適度取決於設備與身體的貼合度。綁帶需要襯墊，關節必須符合人體自然的運動方式。不合適的設備會導致摩擦和疼痛。
人體工學標準有助於確保合適的穿戴體驗。 ISO 11228 標準規定了舉起和搬運的規則，它告訴設計人員安全的重量範圍以及最佳的手部姿勢。例如，它建議採用穩固的握法，保持手腕中立，並避免極端角度。這些標準直接影響外骨骼手臂支撐的設計。另一項標準 ISO 11226 涵蓋了靜態工作姿勢，它為工人長時間保持靜止狀態的設計提供了規則。對於工廠中的腕部外骨骼而言，這些關於手動搬運和靜態姿勢的規則是最有用的指導原則。
這些規則幫助工程師決定在哪些地方需要增加支撐，在哪些地方需要保持活動自由。好的設計能讓你在機器人承載重物的同時，自然彎曲身體。
耐用性和安全性
機器人零件會受到汗水、灰塵和反覆應力的影響。一個支架如果一週後就裂開，那就毫無用處。耐用性首先在於選擇合適的材料。金屬需要防鏽，塑膠需要能承受衝擊。散熱也至關重要。馬達在使用過程中會發熱。如果熱量累積過多，零件就會損壞，甚至可能燙傷使用者。因此，設計人員會添加通風口或散熱片來降低溫度。
安全標準設定了可接受的標準。 ISO 13482 涵蓋個人護理機器人，包括移動服務機器人、實體輔助機器人（涵蓋外骨骼）和載人機器人。對於外骨骼，該標準要求具備以下三個類別的特定功能：
- 本質安全的機械設計－防夾點保護、表面順應性與穩定性。
- 功能安全與控制－緊急停止、速度控制、力道/扭力限制和環境感知。
- 可預測、可控制的行為－清晰的意圖提示、便捷的緊急停止和優雅的降級。
這些要求促使設計人員思考可能出現的問題。例如，感測器故障、電池在升降過程中耗盡等。機器人必須能夠安全失效。滿足這些標準有助於開拓市場並建立信任。
設計旨在減少傷害
外骨骼的最終目標是減少工傷。在工廠裡，工人常因搬運重物而傷到背部。外骨骼可以支撐脊柱，分擔一部分負荷。在建築工地，高空作業會對肩膀造成壓力。手臂支撐裝置可以承受重量。透過將力量從使用者身體轉移開來，這些裝置可以預防肌肉和骨骼損傷的發生。
醫療器材也遵循同樣的理念。復健外骨骼可以幫助中風患者重新行走，但它也必須保護他們免於跌倒。感測器會偵測患者何時失去平衡，控制系統會切斷電源或調整支撐。設計師會在接觸點添加襯墊，並調整框架形狀以避免對骨骼造成壓力。每一個細節都旨在促進康復，而非造成傷害。
好的設計不僅能為使用者提供支撐，還能主動保護使用者。合適的設備佩戴起來自然舒適，使用者活動自如，機器人輔助操作也不會妨礙其行動。而糟糕的設計則會帶來新的風險，例如夾傷或過熱。正因如此，標準至關重要，測試也不可或缺。當工程師設計得當，這些機器就能讓危險的工作更安全，並幫助人們更快地從傷勢中恢復。
可穿戴機器人組件的材料
金屬和合金
在大多數穿戴式機器人零件中，金屬承擔著重要的承載任務。鋁合金是車架和支架的首選材料，它們輕巧、堅固且易於加工。鈦合金價格更高，但其極高的強度重量比使其成為承重連接的理想選擇。不銹鋼也位列其中，它具有防銹和高應力特性，非常適合用於結構銷釘和緊固件。
選擇合適的金屬取決於特定用途。髖關節外骨骼框架需要剛性強且重量輕，鋁材就能很好地滿足這項要求。膝關節需要承受反覆衝擊，可能需要鈦合金。不銹鋼則適用於會接觸汗水和風吹雨淋的零件。每種金屬在重量、強度和成本方面都有其自身的平衡點。
聚合物和複合材料
塑膠和複合材料的應用範圍非常廣泛，從外殼到連桿都包含在內。 ABS 是一種通用工程塑料，具有良好的衝擊強度、易於成型，並且易於塗漆和表面處理，因此成為消費性電子產品外殼和設備外殼的標準材料。聚碳酸酯 (PC) 的抗衝擊性更高，天然級聚碳酸酯還具有尺寸穩定性和光學透明度。此外，還有抗紫外線等級的聚碳酸酯產品可用於戶外環境。
| 塑料 | 耐衝擊性 |
| ABS | 高 |
| 聚碳酸酯（PC） | 很高 |
PC/ABS 共混物比未填充的 PC 具有更高的抗衝擊性和更易加工性。對於穿戴式機器人零件而言，這一點至關重要，因為外殼必須承受住跌落和日常磨損。碳纖維複合材料在確保輕量化的同時，也能提供優異的剛性。玻璃纖維成本更低，但強度依然很高。尼龍適用於齒輪和易損件。這些材料使工程師能夠在不犧牲耐用性的前提下減輕重量。
智慧功能材料
智慧材料在受到刺激時會改變形狀或特性。形狀記憶合金加熱後會恢復到預設形狀，因此可用於製造小型致動器。壓電材料在受到擠壓時會產生電荷，施加電壓後也能改變形狀。這些材料有助於在狹小空間內進行感測和運動控制。
導電紡織品賦予了軟體機器人生命。它們能夠透過織物傳輸訊號和電力，使軟體機器人能夠隨人體彎曲和伸展。軟體機器人依靠這些柔性材料來實現舒適的佩戴體驗，並利用它們進行壓力感測。導電且不僵硬的織物對軟體機器人大有裨益。軟體機器人每年都在不斷採用新的智慧材料。軟體機器人研究人員正在測試導電紡織品在類似肌肉驅動方面的應用。軟體機器人或許有一天能夠取代許多穿戴式裝置中的剛性零件。目前，軟體機器人技術已應用於復健手套和輔助服等領域。軟體機器人代表工程師在建構人性化機器方面所發生的重大變革。
穿戴式機器人組件的應用
工業和製造應用
如今，工廠每天都在使用穿戴式機器人組件。工人在裝配線上長時間工作前會穿上外骨骼。這些設備在重複性工作中為背部、肩部和腿部提供支撐。工業穿戴機器人並不會取代工人，而是幫助工人分擔體力勞動。
汽車公司很早就開始使用這些設備。組裝工人需要長時間舉著手臂過頭頂，他們會穿著手臂支撐外骨骼。這種裝置可以支撐工具的重量，讓肩部肌肉休息。物流工人整天搬運箱子，他們會穿戴背部支撐服。這些應用可以減輕疲勞，提高工人在輪班期間的工作效率。同樣的零件也出現在建築、農業和倉儲業。不同的應用場景需要不同的感測器、執行器和框架組合。
醫療和復健應用
醫生和治療師以多種方式使用穿戴式機器人零件。醫用穿戴機器人可以幫助中風或脊髓損傷患者重新行走。動力外骨骼引導腿部完成自然的行走模式。這類復健設備讓治療師專注於患者的復健進展，而不是費力地扶著他們。帶有動力關節的義肢可以幫助截肢患者恢復握持和平衡感。手術輔助機器人也採用了相同的感測器和執行器技術。
臨床研究結果也證實了這一點。一項中風後研究發現，9名使用外骨骼的患者中有7名行走能力有所改善，步行測試成績達到2至4級。而8名未使用外骨骼的患者中，有6名仍處於最低水平（0至1級）。使用外骨骼組的生活品質評分遠高於未使用組，中位數為0.767，而未使用組僅0.434。兩組均未發生嚴重不良事件。
使用者對安全性和舒適性的評分處於中等水平，為 4.5 分（滿分為 5 分）。一些用戶仍然抱怨重量和使用壽命。這些回饋促使工程師不斷改進每個零件。
提升工人安全的應用
這些機器最大的優點在於提升了工人的安全保障。背部受傷、肩部拉傷和關節磨損是體力勞動者常見的健康問題。肌肉和骨骼損傷每年造成企業數十億美元的工時損失。穿戴式機器人零件能夠將作用力從人體轉移到機器人框架上。這種簡單的改變就能在損傷發生前就將其扼殺在萌芽狀態。
在重複搬運重物時，良好的姿勢支撐至關重要。外骨骼能夠維持脊椎的安全生理曲度，並分擔負荷。這樣一來，工人可以保持更長時間的高效工作，並且回家時不會感到疼痛。從實際角度來看，安全性和生產力並非對立關係，而是相輔相成。軟體機器人技術使這些防護服更加輕盈舒適，進一步提升了安全性。軟體機器人技術使設備能夠隨身體彎曲，而不是與之對抗。隨著科技的不斷進步，其在醫療保健、倉儲和製造業等領域的應用也不斷擴展。
NOBLE：製造穿戴式機器人組件
金屬和塑膠加工技能
NOBLE公司以金屬和塑膠加工而聞名，這項專長恰好契合穿戴式機器人零件的需求。框架、支架和關節外殼都需要精確的尺寸和光滑的表面。該公司集CNC加工、鈑金加工和注塑成型於一體，無需外包給其他工廠即可完成鋁製框架、鈦合金關節和塑膠外殼的製造。
由同一合作夥伴負責金屬和塑膠零件的供應可以節省時間。如果支架設計發生變更，無需尋找新的供應商。工程師只需修改CAD文件，工廠即可製作新版本。對於需要經過多次測試的穿戴式裝置而言，這種速度至關重要。
認證和品質
品質系統能夠體現哪些製造商認真負責，哪些不認真負責。 NOBLE 擁有 ISO 9001:2015 和 ISO 13485:2016 認證。對於任何生產醫療或保健產品的企業來說，ISO 13485:2016 認證至關重要。
ISO 13485 認證顯示公司致力於在醫療器材製造領域達到最高的品質、安全和法律卓越標準。
這種投入會帶來實實在在的回報。獲得認證的供應商通常會獲得：
- 獲得大型醫療器材公司認可，成為值得信賴的供應商。
- 價格上漲，因為顧客檢查商品的工作量減少了。
- 由於ISO認證滿足了許多審核要求，因此客戶審核次數減少。
- 加快新醫療器材客戶的註冊速度。
一家無菌醫療器材代工製造商獲得了 ISO 13485 認證，並將客戶審批時間從 12 個月縮短至 4 個月。審核次數也從每年四次減少到每年一次。透過更佳的市場定位，合約金額成長了 25%，該公司也成功進入了先前看似封閉的歐洲市場。這些成果充分展現了強大的品質系統對穿戴式機器人專案的重要性。
從設計到組裝的全方位服務
NOBLE 的業務遠不止於操作機器。團隊會參與從設計到組裝的整個流程。首先是針對製造工藝的設計提供回饋。工程師會在開模之前指出哪些特徵難以加工或成型。接下來是測試模型，然後是生產模具，最後是最終組裝和測試。
這個完整的方案適用於穿戴式機器人零件，因為各個零件能夠協同工作。感測器安裝座必須與框架對齊。外殼必須為執行器留出空間。當一個團隊負責所有步驟時，這些連結就能及早得到檢查。有專案想法的讀者可以聯絡NOBLE，展開討論。
穿戴式機器人需要五個核心零件：感測器、執行器、結構組件、電源和控制系統。光刻技術用於製造微型MEMS感測器。線圈繞製和CNC加工用於製造執行器。 CNC加工也用於成型框架。注塑成型用於製造塑膠外殼。 PCB組裝用於製造控制板。電池生產為整個設備供電。碳纖維等材料可在不犧牲強度的前提下減輕重量。良好的設計有助於減少工傷，並確保工人在長時間輪班工作中的安全。先進的製造流程每年都在推動穿戴式機器人技術的發展，帶來更優質的材料和方法。如果您有可穿戴機器人項目，NOBLE可提供從設計到組裝的全方位支援。
穿戴式機器人元件常見問題解答
穿戴式機器人的主要組成部分有哪些？
五大類組件幾乎涵蓋了所有設備：感測器、執行器、結構件、電源和控制系統。感測器讀取運動和力。執行器產生運動。結構件將所有組件連接在一起。電源為電子元件供電。控制系統將所有組件連接起來，並決定下一步的運作。
每個零件分別採用哪一種製造製程生產？
每個可穿戴機器人組件都有其自身的製造流程。光刻和微機電系統（MEMS）製造用於生產微型感測器。數控加工和線圈繞製用於製造執行器。鈑金加工和注塑成型用於製造框架和外殼。印刷電路板（PCB）組裝用於製造控制板。電池生產用於製造電源。
為什麼感測器在穿戴式機器人中如此重要？
感應器會將你的身體動作告訴機器人。慣性測量單元 (IMU) 追蹤關節角度。力敏電阻測量抓握力。肌電圖 (EMG) 感測器讀取肌肉訊號。如果感知錯誤，設備不但不會幫助你，反而會與你對抗。反應時間也至關重要——義肢控制需要 300 毫秒以內的讀數才能感覺自然。
剛性致動器和柔性致動器有什麼不同？
剛性致動器使用馬達、齒輪和傳動裝置，可提供高力輸出和精確控制。柔性致動器則利用氣壓、織物和柔性材料，能夠隨著身體彎曲，更好地吸收衝擊力。但缺點是力輸出較低，而且通常需要幫浦或氣管。
哪些材料最適合用於結構件？
這取決於具體用途。鋁合金輕鬆易加工，因此適用於車架和支架。鈦合金具有高強度重量比，適合用於承重連接件。碳纖維複合材料在保持輕量化的同時，也能維持較高的剛性。工程塑膠則以低成本的方式用於製造外殼和蓋板。
穿戴式機器人是否必須符合安全標準？
是的，具體規則取決於用途。 ISO 13482 涵蓋個人護理機器人，包括外骨骼。它要求具備防夾點保護、緊急停止功能和力道限制。 ISO 11228 和 ISO 11226 指導提升和靜態姿勢的人體工學設計。符合這些標準有助於建立信任並開拓市場。
3D列印能否取代CNC加工來製造這些零件？
不完全如此。增材製造非常適合原型製作和客製化產品。過去需要數週才能完成的客製化義肢接受腔，現在幾天就能列印出來。但大量生產的框架和關節仍然需要數控加工才能確保嚴格的公差和光滑的表面。大多數產品都是結合了這兩種方法，再加上射出成型來生產大批量外殼。
我該如何選擇生產夥伴？
尋找一家能夠同時加工金屬和塑膠的工廠，因為框架、接頭和外殼都需要組裝在一起。檢查品質認證－ISO 9001:2015 涵蓋通用品質管理體系，而 ISO 13485:2016 則對醫療器材至關重要。選擇能夠處理設計回饋、原型製作和最終組裝的合作夥伴，可以節省時間並及早發現組裝問題。
