背景

Marsi Bionics S.L.公司是一家領(lǐng)先的科技型初創(chuàng)企業(yè)介然，位于西班牙馬德里。這家公司設(shè)計(jì)和制造用于醫(yī)療應(yīng)用的定制外骨骼機(jī)器人拟卢，以期未來取代許多患者每天依賴的輪椅盗晨。

數(shù)以百萬計(jì)的人患有截癱、腦性癱瘓和脊髓性肌萎縮癥 (SMA) 等神經(jīng)生理疾病绞甥。采用被動(dòng)式輔助工具（如手杖献鬼、拐杖和助行器）進(jìn)行神經(jīng)功能康復(fù)治療，對(duì)于改善因這些疾病造成的行動(dòng)不便至關(guān)重要。得益于機(jī)器人技術(shù)的最新進(jìn)展许夺，我們現(xiàn)在能夠使用主動(dòng)式外骨骼機(jī)器人進(jìn)行治療表牲，以支撐患者的身體，并大大改善治療效果扼褪。

Marsi Bionics公司制造的外骨骼機(jī)器人能夠使肢體殘障人士自由站立言秸、移動(dòng)及與周圍環(huán)境互動(dòng)。

一名兒童穿戴ATLAS 2030外骨骼機(jī)器人坐在椅子上

Marsi Bionics選用雷尼紹關(guān)聯(lián)公司RLS提供的新型磁編碼器技術(shù)迎捺，打造出兩款新產(chǎn)品：兒童用ATLAS 2030外骨骼機(jī)器人和成人用MB-Active Knee (MAK) 單關(guān)節(jié)外骨骼機(jī)器人举畸。

“編碼器采集的數(shù)據(jù)是生成參考位置的基礎(chǔ)。RLS和雷尼紹針對(duì)我們的應(yīng)用提供了最佳的編碼器反饋解決方案凳枝。”

Marsi Bionics（西班牙）

挑戰(zhàn)

ATLAS 2030外骨骼機(jī)器人的每肢有高達(dá)六個(gè)自由度抄沮。使用者穿戴外骨骼機(jī)器人能夠執(zhí)行獨(dú)立和自發(fā)動(dòng)作，例如行走和坐下岖瑰。完整的外骨骼機(jī)器人包括機(jī)動(dòng)關(guān)節(jié)叛买、四肢、電子控制系統(tǒng)及動(dòng)力系統(tǒng)蹋订。

機(jī)器人系統(tǒng)既要質(zhì)量輕巧率挣、結(jié)構(gòu)緊湊，以方便身體虛弱的使用者操作露戒，同時(shí)作為生物力學(xué)模型又要確保其生理結(jié)構(gòu)完整椒功，因此設(shè)計(jì)人員必須在這兩者之間進(jìn)行折中。

為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定行走趋肖，外骨骼機(jī)器人通過跟蹤零力矩點(diǎn) (ZMP) 參考值來實(shí)現(xiàn)外骨骼機(jī)器人-使用者組合體的平衡控制硫舞，這些參考值的基礎(chǔ)是所需的歸一化動(dòng)態(tài)穩(wěn)定裕度 (NDSM)。隨后乍询，外骨骼機(jī)器人的控制器可調(diào)整存儲(chǔ)在內(nèi)存中的參考步態(tài)模式铅惋，以保持穩(wěn)定性。

為成功實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)行走椰锹，需要通過旋轉(zhuǎn)編碼器反饋精確控制機(jī)器人腿部關(guān)節(jié)的角度（包括位置泪滥、速度和加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)）。這一點(diǎn)很難實(shí)現(xiàn)啰蹲，因?yàn)槊總€(gè)機(jī)械關(guān)節(jié)都具有柔順性并且包含彈性元件园凫，以幫助模仿和支撐使用者的真實(shí)關(guān)節(jié)和肌肉。

Marsi Bionics公司的MAK項(xiàng)目研發(fā)工程師兼經(jīng)理Alberto Plaza先生膛逞，介紹了在人形外骨骼機(jī)器人應(yīng)用中對(duì)編碼器的嚴(yán)苛要求：

“我們?cè)陂_發(fā)外骨骼機(jī)器人時(shí)遇到的最大挑戰(zhàn)是能否可靠地獲取準(zhǔn)確的參考角度位置滚曾，因?yàn)闄C(jī)器人的結(jié)構(gòu)具有多種變化，導(dǎo)致設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化和組裝非常復(fù)雜蟹幔。

以前制依，我們使用自己的定制PCB編碼器音诫，將這些編碼器完全連接到MAK和ATLAS外骨骼機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)上。但是這樣經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)問題雪位，因?yàn)殛P(guān)節(jié)電機(jī)產(chǎn)生的雜散磁場(chǎng)會(huì)干擾磁編碼器竭钝，導(dǎo)致讀數(shù)錯(cuò)誤。

Marsi Bionics的兒童用ATLAS 2030外骨骼機(jī)器人

在設(shè)計(jì)ATLAS和MAK外骨骼機(jī)器人時(shí)雹洗，我們決定在不影響性能的前提下香罐，針對(duì)編碼器等關(guān)節(jié)組件采用最緊湊的設(shè)計(jì)，因?yàn)槲覀兠鎸?duì)的空間限制很大时肿。另一個(gè)考慮因素是功能性：我們需要采用絕對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器庇茫，以確保即使在斷電之后，也始終能夠可靠地知道每個(gè)軸的角度位置螃成〉┣”

解決方案

Marsi Bionics為ATLAS外骨骼機(jī)器人選擇了RLS Orbis編碼器，為MAK膝關(guān)節(jié)外骨骼機(jī)器人選擇了RLS RM08編碼器寸宏。Orbis編碼器是一款元件級(jí)絕對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器宁炫，設(shè)計(jì)用于空間受限的應(yīng)用：它采用通孔設(shè)計(jì)，可以直接安裝在關(guān)節(jié)電機(jī)軸上氮凝。RM08編碼器是一款微型高速磁旋轉(zhuǎn)編碼器：直徑為8 mm羔巢，防護(hù)等級(jí)為IP68，適用于惡劣的環(huán)境黎蠢。

兩種編碼器均具有重量輕霹早、體積小、慣性小的特點(diǎn)架看；采用非接觸爬韧、無摩擦設(shè)計(jì)以消除機(jī)械磨損篱掌；并且具有高角度分辨率和高精度锦列，可確保出色的伺服性能。

Plaza先生說：“我們要求編碼器既要滿足我們的性能標(biāo)準(zhǔn)耿窍，同時(shí)又不會(huì)增加過多的重量和體積誊预，因?yàn)槿魏稳哂嘟Y(jié)構(gòu)都會(huì)降低使用者的活動(dòng)性，而且有可能妨礙行走運(yùn)動(dòng)较搔」汛瘢”

結(jié)果

采用RLS磁編碼器，Marsi Bionics能夠設(shè)計(jì)和制造外骨骼矯形設(shè)備屈淫，幫助改善患有SMA管书、多發(fā)性硬化和中風(fēng)偏癱等疾病的患者的生活質(zhì)量。尤其對(duì)于六歲及六歲以上無法獨(dú)自走動(dòng)的患兒來說截碴，主動(dòng)式外骨骼機(jī)器人將為他們帶來福音梳侨。

Plaza先生總結(jié)道：“實(shí)現(xiàn)設(shè)備的每個(gè)關(guān)節(jié)的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)和精確位置至關(guān)重要。就這一點(diǎn)而言，編碼器采集的數(shù)據(jù)是生成參考位置的基礎(chǔ)走哺。RLS和雷尼紹針對(duì)我們的應(yīng)用提供了最佳的編碼器反饋解決方案蚯嫌。”

Marsi Bionics的成人用MB-Active Knee (MAK) 單關(guān)節(jié)外骨骼機(jī)器人

Marsi Bionics公司簡(jiǎn)介

Marsi Bionics公司位于西班牙馬德里丙躏，專業(yè)提供醫(yī)用機(jī)器人择示。該公司成立于2013年，是西班牙國(guó)家研究委員會(huì) (Spanish National Research Council, CSIC) 的衍生公司晒旅。

Marsi Bionics的使命是設(shè)計(jì)和開發(fā)主動(dòng)式外骨骼機(jī)器人用于實(shí)施行走療法栅盲，這種外骨骼機(jī)器人能夠模仿人體神經(jīng)肌肉骨骼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。

在為醫(yī)療領(lǐng)域開發(fā)創(chuàng)新療法方面废恋，Marsi Bionics被公認(rèn)為是一家具有高度社會(huì)影響力的中小型企業(yè)剪菱。Marsi Bionics協(xié)同其制造合作伙伴Escribano Mechanical and Engineering公司在巴塞羅那Sant Joan deDéu兒童醫(yī)院參加了ATLAS 2030外骨骼機(jī)器人的臨床試驗(yàn)。這是西班牙第一家將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于SMA患兒康復(fù)治療的醫(yī)院拴签。

（雷尼紹Renishaw）

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