Testowanie przemysłowych i medycznych siłowników egzoszkieletowych

Dlaczego testowanie siłowników egzoszkieletowych to szybko rozwijająca się kategoria

Robotyka ubieralna przechodzi od demonstratora badawczego do wdrażanego sprzętu przemysłowego i medycznego, i liczby wzrostu to odzwierciedlają: przewiduje się, że światowy rynek egzoszkieletów wzrośnie mniej więcej trzykrotnie 2025 I 2033, w zastosowaniach produkcyjnych, które odnotowują najszybszy wzrost w każdym segmencie, ponieważ magazyny i fabryki inwestują w urządzenia do noszenia, aby zmniejszyć urazy spowodowane powtarzalnym obciążeniem i zwiększyć możliwości pracowników. Siłowniki to największa kategoria pojedynczych komponentów na tym rynku, a dedykowany sprzęt do testowania egzoszkieletów sam w sobie staje się odrębną kategorią produktów, a nie przystosowanym stanowiskiem do robotyki. W przeciwieństwie do stałego złącza robota przemysłowego, siłownik egzoszkieletowy musi poruszać się bezpiecznie bezpośrednio, ciągły kontakt fizyczny z ciałem człowieka — niezależnie od tego, czy jest to pracownik magazynu noszący egzoszkielet z podparciem pleców podczas ośmiogodzinnej zmiany, czy też pacjent po udarze korzystający z egzoszkieletu rehabilitacyjnego do treningu chodu — co zmienia zarówno to, co jest testowane, jak i to, jak wąskie są marginesy bezpieczeństwa. Programy testowe, które w przeszłości zapożyczały protokoły z robotyki przemysłowej, coraz częściej stwierdzają, że protokoły te nie są przesyłane w sposób czysty, co napędza popyt na stanowiska testowe siłowników zaprojektowane od początku z myślą o przypadku użycia z kontaktem z człowiekiem, a nie dostosowywane po fakcie.

Co odróżnia testowanie siłownika egzoszkieletowego od testowania połączeń robotów przemysłowych

• Marginesy bezpieczeństwa człowieka w pętli: Wartości graniczne momentu obrotowego i siły należy zweryfikować pod kątem ludzkiej tolerancji biomechanicznej, nie tylko granice uszkodzeń mechanicznych, z twardymi wartościami odcięcia znacznie poniżej tego, co siłownik może fizycznie zapewnić.
• Ciągłe cykle pracy: przemysłowe egzoszkielety są noszone przez całą zmianę, dlatego siłowniki wymagają rozszerzonej walidacji cyklu pracy przy niskim i średnim momencie obrotowym, a nie przy wysokim momencie obrotowym, profil do pracy przerywanej, typowy dla fabrycznego złącza robota.
• Zgodność i możliwość jazdy tyłem: Siłowniki egzoszkieletowe często muszą mieć możliwość napędu do tyłu (umożliwiając użytkownikowi poruszanie stawem przy minimalnym oporze, gdy pomoc nie jest potrzebna), wymóg, który nie istnieje w przypadku większości stacjonarnych siłowników przemysłowych.
• Ograniczenia dotyczące masy i gęstości mocy: nadający się do noszenia element wykonawczy musi być na tyle lekki, aby nie męczył użytkownika, zwiększając gęstość mocy i konstrukcję termiczną mocniej niż w przypadku stacjonarnego siłownika o podobnym wyjściowym momencie obrotowym.

Podstawowe elementy testowe

1. Mapowanie wydajności momentu obrotowego i prędkości

Charakteryzuje pełną obwiednię momentu obrotowego i prędkości siłownika, w tym moment obrotowy wspomagany szczytowo i moment obrotowy przy pracy ciągłej, zapewniające wydłużone zużycie.

Kluczowe wskaźniki: szczytowy moment obrotowy, ciągły moment obrotowy, tętnienie momentu obrotowego w całym zakresie prędkości.

2. Możliwość jazdy wstecz i zgodność

Mierzy opór, jaki siłownik stawia przed ruchem zewnętrznym, gdy nie jest zasilany lub znajduje się w trybie przezroczystym/wspomaganym wyłączeniu, potwierdzając, że użytkownik może poruszać się naturalnie, bez walki z urządzeniem.

Kluczowe wskaźniki: moment obrotowy napędu wstecznego (opór odczuwany przez użytkownika), krzywa podatności/sztywności, opóźnienie reakcji przy przejściach w trybie wspomagania.

3. Odcięcie bezpieczeństwa i weryfikacja ograniczenia siły

Potwierdza, że ​​wyjściowy moment obrotowy i siła mieszczą się w zatwierdzonych, bezpiecznych dla człowieka granicach, zarówno w warunkach normalnych, jak i w warunkach usterek, łącznie z ograniczeniami na poziomie oprogramowania i sprzętu.

Kluczowe wskaźniki: maksymalna siła/moment obrotowy w przypadku wadliwego wtrysku, graniczny czas reakcji, powtarzalność egzekwowania limitów bezpieczeństwa.

4. Wydłużona trwałość w cyklu pracy

Biegi przedłużone, reprezentatywne cykle pracy na całą zmianę w celu sprawdzenia wydajności siłownika i zachowania termicznego w ciągłym użytkowaniu przemysłowym lub klinicznym.

Kluczowe wskaźniki: wzrost temperatury w ciągu równoważnego cyklu 8-godzinnego, dryf wydajności w całym cyklu, skumulowany cykl życia do awarii.

5. Walidacja stosunku masy do momentu obrotowego i gęstości mocy

Potwierdza, że ​​siłownik osiąga znamionowy moment obrotowy w zakresie docelowej masy, krytyczne ograniczenie dla urządzeń do noszenia.

Kluczowe wskaźniki: stosunek momentu obrotowego do masy, gęstość mocy (W/kg), termiczny punkt obniżenia wartości znamionowych w stosunku do ciągłego znamionowego momentu obrotowego.

6. Reakcja i opóźnienie ruchu ludzkiego

Testuje czas reakcji siłownika na sygnały wykrywania zamiaru (czujniki siły, EMG, lub wyzwalacze oparte na ruchu) sprawdzenie czasu wspomagania wydaje się naturalne, a nie opóźnione lub przedwczesne.

Kluczowe wskaźniki: Opóźnienie reakcji w celu udzielenia pomocy, płynność rampy siły wspomagającej, współczynnik fałszywego wyzwalania.

Co to oznacza dla wyboru stanowiska testowego

Stanowisko testowe siłowników egzoszkieletowych wymaga precyzyjnego pomiaru momentu obrotowego przy stosunkowo niskim bezwzględnym poziomie momentu obrotowego i mocy w porównaniu do przegubów robotów przemysłowych, w połączeniu z możliwością dokładnego pomiaru rezystancji i podatności napędu tylnego — zdolność, której większość przemysłowych konfiguracji dynamometrów nie jest w stanie scharakteryzować. Biorąc pod uwagę szybki wzrost zastosowania, szczególnie w sektorze produkcyjnym, dostawcy obsługujący tę przestrzeń powinni spodziewać się popytu zarówno ze strony przemysłu (magazyn, produkcja, budowa) i medyczne (rehabilitacja, pomoc w poruszaniu się) klienci, każdy z innym naciskiem na walidację bezpieczeństwa. Programy obsługujące oba rynki ze wspólnej platformy testowej powinny planować rekonfigurowalne profile limitów bezpieczeństwa, ponieważ dopuszczalna obwiednia siły i momentu obrotowego dla urządzenia do obsługi magazynu różni się od dopuszczalnego urządzenia do rehabilitacji klinicznej, nawet jeśli podstawowy sprzęt uruchamiający jest podobny. Jeśli opracowujesz możliwości testowania egzoszkieletów lub siłowników robotyki do noszenia, porozmawiaj z naszym zespołem inżynierów o momencie obrotowym, zgodność, oraz konfiguracje walidacji bezpieczeństwa dostosowane do urządzeń noszonych przez ludzi.