外骨骼有助于手臂物理治疗

一种外骨骼机器人正在帮助那些手臂瘫痪的人移动，帮助进行物理治疗。它拥有23个自由度(DoF)，由50多个传感器、传感执行器、多个处理器和高速网络实现。

请描述一个最近的机器人实现。

德克萨斯州奥斯汀市的Harmony Bionics公司为上肢开发了Harmony外骨骼，帮助中风或神经肌肉损伤的人改善功能和愈合。物理治疗师使用该设备帮助患者康复。

项目的范围和目标是什么?

目标是最大限度地扩大偏瘫手臂(受中风影响的手臂)上人类肩膀和肩带的活动范围。这种外骨骼必须适应各种体型和体型的人(Harmony可以进行调整，以适应95%以上的美国人口)。它还包括先进的执行器和控制器技术，使Harmony能够根据需要为每个患者定制重力补偿、辅助和阻力。

涉及哪些类型的机器人和其他自动化、控制或仪器仪表?

该设备是一个23自由度的机器人外骨骼，具有14度闭环扭矩传感执行器，能够进行阻抗控制。其余9个驱动器有主动尺寸调整的位置反馈。机器人控制系统由Harmonic Bionics公司从头开始设计，使用EtherCAT协议实现分布式处理器的循环时间。对于仪器仪表，该设备有50多个传感器。每个关节都有两个编码器，主动负载传感和电机反馈，以及其他所需的杂项仪器。

项目中有哪些特别的挑战?

为了在临床环境中有效，外骨骼快速流畅地改变其物理尺寸以适应不同的身体尺寸是很重要的。此外，由于机器人的复杂性，调整尺寸的机构需要高度紧凑，以便为电子设备和执行器留出空间。所有线性轴承机构需要能够锁定一旦在位置，以防止不必要的大小变化。此外，开发能够在高刷新率下实现闭环阻抗控制的大功率、健壮和紧凑的执行器也是一个挑战。

这些问题是如何解决的?

为了减轻外骨骼的尺寸差异和重量，谐波仿生公司的开发人员选择了免维护的塑料轴承。轴承允许平滑和无束缚的尺寸调整，无需润滑，以及尺寸和重量减轻。线性轴承的油基润滑会导致许多问题，包括污垢的积累，这使得细菌积累。谐波还使用衬垫和导轨系统。导向系统的制造确保了外骨骼支架的高刚性，具有极强的抗污性，并提供了低摩擦和磨损系数。

设计团队在内部构建了所有的电机控制和通信电子设备，并在分布式处理器上实现了超过2000hz的闭环循环时间，此外还定制了执行器模块，实现了精确可靠的扭矩和阻抗控制的闭环扭矩反馈。这使得治疗师能够达到他们所要求的水平。

你能分享一些与项目相关的积极指标吗?

基于健康和中风受试者的试点研究结果最近在国际中风会议上发表，结果显示出积极的结果。医学界越来越强烈地要求尽快将这种机器人技术引入临床市场。

你有什么经验可以分享?

和谐将是一个强大的工具，使用作为一种方式，以帮助进展中风患者走向正常的运动。诊所有限，有时需要数年的治疗才能发挥作用。误解是正常的使用和运动将完全恢复。这项研究的目的是为目前在诊所和家中中风患者的治疗策略提供一种辅助手段。和谐有助于治疗师的工作更容易处理患者的上肢瘫痪，并给予即时反馈。

Rohit John Varghese产品开发主管是干什么的谐波仿生公司．由内容经理马克·霍斯克编辑，控制工程、《媒体，mhoske@cfemedia.com．

关键词:机器人外骨骼，运动控制

机器人外骨骼设计有助于手臂运动疗法。

闭环扭矩传感执行器帮助控制。

工业以太网提供高速通信。

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