Испытание приводов промышленных и медицинских экзоскелетов

Почему тестирование приводов экзоскелетов является быстрорастущей категорией

Носимая робототехника переходит от исследовательского демонстратора к промышленному и медицинскому оборудованию., и цифры роста это отражают: прогнозируется, что мировой рынок экзоскелетов вырастет примерно в три раза 2025 и 2033, При этом производственные приложения демонстрируют самый быстрый рост среди всех сегментов, поскольку склады и фабрики инвестируют в носимые устройства, чтобы уменьшить травмы от повторяющихся нагрузок и расширить возможности работников.. Приводы являются крупнейшей категорией отдельных компонентов на этом рынке., а специальное оборудование для испытаний экзоскелетов само по себе становится отдельной категорией продуктов, а не перепрофилированным робототехническим стендом.. В отличие от фиксированного соединения промышленного робота, привод экзоскелета должен безопасно двигаться по прямой, постоянный физический контакт с телом человека — будь то складской работник, носящий экзоскелет с поддержкой спины для восьмичасовой смены, или пациент, перенесший инсульт, использующий реабилитационный экзоскелет для тренировки ходьбы — это меняет как то, что тестируется, так и то, насколько жестко установлены пределы безопасности.. Тестовые программы, которые исторически заимствовали протоколы из промышленной робототехники, все чаще обнаруживают, что эти протоколы не передаются чисто., что стимулирует спрос на испытательные стенды для приводов, с самого начала спроектированные с учетом вариантов использования при контакте с человеком, а не адаптированные постфактум..

Что отличает испытания приводов экзоскелетов от испытаний соединений промышленных роботов

• Запасы безопасности с участием человека: пределы крутящего момента и силы должны быть проверены с учетом биомеханической толерантности человека., не только пределы механических отказов, с жесткими ограничениями значительно ниже того, что физически может обеспечить привод.
• Рабочие циклы непрерывного износа: промышленные экзоскелеты носят полную смену, поэтому приводам требуется расширенная проверка рабочего цикла с низким и средним крутящим моментом, а не с высоким крутящим моментом., профиль для прерывистой работы, типичный для заводского роботизированного соединения.
• Соблюдение требований и управляемость задним ходом: приводы экзоскелета часто должны быть с обратным приводом (позволяя пользователю собственным движением перемещать сустав с минимальным сопротивлением, когда помощь не требуется), требование, которое не существует для большинства стационарных промышленных приводов.
• Ограничения по весу и удельной мощности: переносной привод должен быть достаточно легким, чтобы не утомлять пользователя, более высокая удельная мощность и тепловая конструкция, чем у стационарного привода с аналогичным выходным крутящим моментом.

Основные тестовые задания

1. Сопоставление характеристик крутящего момента и скорости

Характеризует полный диапазон крутящего момента и скорости привода., включая пиковый вспомогательный крутящий момент и крутящий момент при длительной работе для длительного износа.

Ключевые показатели: пиковый крутящий момент, номинальный постоянный крутящий момент, пульсации крутящего момента во всем диапазоне скоростей.

2. Обратное управление и соответствие требованиям

Измеряет сопротивление, которое актуатор оказывает внешнему движению, когда он отключен от питания или в прозрачном/автоматическом режиме., подтверждение того, что пользователь может двигаться естественно, не сопротивляясь устройству.

Ключевые показатели: крутящий момент обратной передачи (сопротивление, ощущаемое пользователем), кривая податливости/жесткости, задержка реакции при переходе в режим помощи.

3. Безопасное отключение и проверка ограничения силы

Подтверждает, что выходной крутящий момент и усилие остаются в допустимых пределах, безопасных для человека, как в нормальных, так и в неисправных условиях., включая ограничения на программном и аппаратном уровне.

Ключевые показатели: максимальная сила/крутящий момент при возникновении неисправности, время отклика отсечки, повторяемость соблюдения пределов безопасности.

4. Увеличенный срок службы износа

Пробеги продлены, рабочие циклы представителей в течение всей смены для проверки производительности и теплового поведения привода при непрерывном промышленном или клиническом использовании..

Ключевые показатели: повышение температуры в течение 8-часового эквивалентного цикла, дрейф производительности в течение цикла, совокупный цикл жизни до отказа.

5. Проверка соотношения веса к крутящему моменту и плотности мощности

Подтверждает, что привод соответствует номинальному выходному крутящему моменту в пределах заданного веса., критическое ограничение для носимых устройств.

Ключевые показатели: соотношение крутящего момента к весу, плотность мощности (Вт/кг), точка термического снижения характеристик относительно постоянного номинального крутящего момента.

6. Реакция человека на движение и задержка

Проверяет время реакции привода на сигналы обнаружения намерения. (датчики силы, ЭМГ, или триггеры на основе движения) чтобы убедиться, что время оказания помощи кажется естественным, а не запаздывающим или преждевременным.

Ключевые показатели: задержка ответа при намерении помочь, плавность рампы вспомогательной силы, частота ложных срабатываний.

Что это означает для выбора испытательного стенда

Испытательный стенд привода экзоскелета требует точного измерения крутящего момента при относительно низких абсолютных уровнях крутящего момента и мощности по сравнению с соединениями промышленных роботов., в сочетании с возможностью точного измерения сопротивления и податливости заднего хода — способность, которую большинство промышленных динамометрических установок не предназначены для характеристики. Учитывая быстрый рост внедрения в производственном секторе, особенно, поставщики, обслуживающие это пространство, должны ожидать спроса как со стороны промышленных (склад, производство, строительство) и медицинский (реабилитация, помощь в передвижении) клиенты, каждый с разным акцентом на проверку безопасности. Программы, обслуживающие оба рынка с помощью общей тестовой платформы, должны планировать реконфигурируемые профили пределов безопасности., поскольку приемлемый диапазон силы и крутящего момента для устройства поддержки склада отличается от устройства клинической реабилитации, даже если базовое оборудование привода аналогично. Если вы разрабатываете возможности тестирования экзоскелетов или носимых робототехнических приводов., поговорите с нашей командой инженеров о крутящем моменте, согласие, и настройки проверки безопасности, подходящие для устройств, носимых человеком..