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Project MARCH是荷蘭代爾夫特理工大學(xué) (Delft University of Technology)的一個非營利性多學(xué)科學(xué)生團(tuán)隊，他們的目標(biāo)是開發(fā)和制造能夠幫助SCI患者站立和行走的先進(jìn)原型外骨骼機器人。

該團(tuán)隊還參加了四年一屆的殘障人士人機體育競賽 — Cybathlon（也稱仿生學(xué)奧運會），以及一年一度規(guī)模較小的衍生賽事 —Cybathlon Experience（也稱仿生學(xué)奧運會體驗賽）。

外骨骼機器人的試用者必須通過嵌入在拐杖中的人機界面 (HMI) 預(yù)先選定每項任務(wù)所需的運動類型。這些運動方式由該團(tuán)隊的運動工程師離線創(chuàng)建，并針對每個障礙物定制。必須精確控制關(guān)節(jié)角度，以確保試用者的穩(wěn)定性和安全，這需要高品質(zhì)旋轉(zhuǎn)編碼器的位置反饋。

另外一個挑戰(zhàn)是，需要在電機附近進(jìn)行測量，而這會產(chǎn)生電氣噪聲。外骨骼機器人中使用的電機會在電子元件附近產(chǎn)生強大的磁場，如果周圍有電線，則可能會產(chǎn)生信號噪聲。將數(shù)據(jù)從編碼器可靠地傳輸?shù)紺PU，而不丟失任何信息，這是一個挑戰(zhàn)。

MARCH IVc外骨骼機器人的計算機渲染圖

2020年8月，該團(tuán)隊推出了最新型“MARCH IVc”外骨骼機器人，該機器人在髖部和膝部使用旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，同時還在髖部和踝部使用四個直線關(guān)節(jié)（直線旋轉(zhuǎn)復(fù)合關(guān)節(jié)）。這種動力關(guān)節(jié)組合模仿人類的肌肉骨骼系統(tǒng)，并提供更大的自由度，可以實現(xiàn)更高級的步態(tài)。

嵌入式系統(tǒng)工程師Bj?rn Minderman先生重點介紹了位置編碼器在該系統(tǒng)中的重要作用：“我們的外骨骼機器人有八個關(guān)節(jié)，其中兩個腳踝各一個關(guān)節(jié)，兩個膝蓋各一個，每側(cè)髖部各兩個。每個關(guān)節(jié)使用兩個編碼器。關(guān)節(jié)的電機旋轉(zhuǎn)，并通過減速裝置將電機的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為關(guān)節(jié)角度的變化。我們使用絕對式編碼器直接測量關(guān)節(jié)角度，因此一啟動就會知道關(guān)節(jié)位置，無需執(zhí)行校準(zhǔn)步驟。我們必須確保每個關(guān)節(jié)都處于正確的位置，并遵循我們的運動工程師設(shè)計的軌跡?！?/span>

MARCH IVc外骨骼機器人的膝關(guān)節(jié)集成RLS AksIM?2絕對式編碼器

Minderman先生繼續(xù)說道：“我們還在電機上安裝了另一個編碼器，由于電機的旋轉(zhuǎn)速度比關(guān)節(jié)快，因此這個編碼器可為我們提供更高的分辨率，從而有利于實現(xiàn)更佳的控制效果。電機編碼器主要用于控制回路，而關(guān)節(jié)編碼器則作為額外的安全措施。編碼器分辨率對于確保控制效果非常重要，之前，在根據(jù)位置計算速度時，我們遇到了一些問題。由于需要細(xì)分編碼器信號，因此位置測量誤差會被放大，這就是我們需要較高分辨率的原因。”

MARCH IVc外骨骼機器人集成了用于高分辨率（17位）旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)反饋的新型RLS AksIM?2絕對式編碼器，以及用于直線關(guān)節(jié)反饋的微型RLS RM08絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器。