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機器外骨骼:讓生活品質更美好。

一家來自紐西蘭奧克蘭市的公司研發出一項革命性的機器人技術,可以幫助那些行動不便的患者重新站起來:那就是Rex Bionics公司的機器外骨骼。其中內建的maxon馬達能確保各肢體協調運動。

  • Rex外骨骼。 © 2012 Rex Bionics

Hayden Allen 來自紐西蘭,是一位平凡的年輕人。在一次摩托車事故中,他的脊椎受到嚴重創傷,從那時開始,他便只能依賴輪椅行動。當時,醫生宣告他永遠再也無法走路了。但是,這位醫生錯了。 Hayden 成為世界上首批機器外骨骼 Rex 的受益者之一。當他第一次嘗試使用機器腿時,他的朋友提醒他,走路時不要一直盯著自己的腳。「但我實在沒辦法控制自己不盯著我那雙自行移動的腳看」, Hayden 這樣描述他使用 Rex 踏出第一步的情形。(觀看影片 / QR 碼)。機器腿讓他再次感受到生活的品質,也讓他再次重拾對生命的希望。他又再次能夠去到那些以前對他來說遙不可及的地方。而且他還可以回到工作崗位,重拾機械師的工作,甚至參加各種休閑娛樂活動。

大約在九年前, Rex Bionics 公司的創辦人 Richard Little 和 Robert Irving 首次提出了研發這一類機器腿的計劃。原因很簡單: Robert Irving 當時已被診斷出患有多發性硬化症,他知道,總有一天他自己也必須坐上輪椅。除此之外,兩人的母親都是輪椅使用者,因此他們非常能體諒殘障人士的不便。兩人決定利用他們的工程知識,來為那些不良於行的人士,研發一種可幫助他們擺脫輪椅、重新站立行走的機器。這家紐西蘭公司便因此誕生了。

為什麼選擇機器外骨骼?

機器外骨骼可從外部為人體提供支撑。外骨骼是專為協助不良於行的人重新站立行走所設計,並且增强他們的力量和耐力。 Rex 能幫助他們重新站立、行走、起身、轉身和自行坐下,甚至可以完成側向動作、上下樓梯和在堅硬平坦的表面上(包括上下斜坡)行走。這種仿生腿雖然不能完全取代輪椅,但使用者卻能在它的協助下重新站立。對於這些人士來說,就算只是在談話時能再次平視對方,就已經是一種非常特別的體驗了。「透過先進的技術以及對功能、外形和可用性的不斷改良,我們希望能為全世界更多人提供協助。使用者在使用 Rex 時所流露的欣喜和難以置信的表情讓我們感到非常高興,這也是整個 Rex 團隊的動力來源」,公司創辦人之一的 Richard Little 這樣告訴我們。

Rex Bionics 公司的兩個生產基地目前共生產兩種型號的 Rex 外骨骼,以滿足不同的需求。「 Rehab Rex 」專供復健中心使用。「 Rex 」則是專為私人用戶研發,用來協助他們執行無法在輪椅上完成的工作。根據 Richard Little 的說明,在研發過程中遇到的最大挑戰便是設計出極其複雜,但同時重量極輕的機器人平台。另外一個基本條件,就是要使使用者受限的身體能與安裝在體外的機器腿完美配合,以保證安全站立和運動。

整套外骨骼設備重 38 公斤,但使用者不需承担任何重量。這套設備的動力由一組內建且可拆卸的蓄電池提供,可持續運行兩小時。 Rex 透過控桿和控制面板操作–而其它外骨骼則常常需要以感應器進行控制。使用控桿操作的優點在於,不需運動或神經功能便能使外骨骼移動。使用 Rex 每分鐘大約能行走 3 公尺,速度雖然不算快,但對於使用者來說卻是相當大的進步,而且使用者不會失去依靠–不管是處於開啟或是關閉狀態,外骨骼設備始終穩如泰山,即使在人多的環境中(例如體育賽事或演唱會),使用者也不需擔心人群推擠而摔倒。 Rex 也不需要額外的支撑輔助工具,例如拐杖,使用者的雙臂可以自由活動。

十具强大的馬達確保運動過程的安全性

Rex 是一架極為複雜的電機設備–每架外骨骼都是由上千個精密零件所組成,包括透過由 29 個微型控制器形成的網路進行控制的仿生腿部件。 Rex 微型控制器分佈設計特殊,使設備能在數秒内開始運動並作出反應,同時又能讓 Rex 的使用者感覺動作均匀流暢。而使運動過程平穩流暢的最大功臣便是 maxon 馬達。

這些馬達促使所有組件均以完全相同的方式運動,就像真正的人腿一樣。每具外骨骼上都安裝有十具 maxon 馬達 DC RE 40 。 RE 40 功率為 150 瓦,效率高達 90% 。這組機械換向的 DC 直流馬達具有扭矩性能佳、高動態、轉速範圍極寬且使用壽命長的特點。這具馬達的核心是享有國際專利的無鐵芯繞組,能確保傳動裝置的無頓轉運行。這些優點讓 Rex Bionics 選擇了 maxon 馬達,因為 Rex 是一種高度敏感的醫療產品,確保人員安全是最重要的使命。

馬達所面臨的最大挑戰在於:同時滿足對品質、尺寸和性能的要求。目前在紐西蘭約有 18 位 Rex 使用者,而且每個月都有新的受益者,他們對 Rex 的評價可以用 Mitch Brogan 的話來作總結:「我無法停止開懷歡笑,因為我知道,我的生活將煥然一新。」

電梯是我們日常生活中再普通不過的事物。我們按下按鈕,電梯車廂載送我們到目標樓層。可靠、安全、快速。然而,在順暢運行的背後,電梯井道、馬達機房、控制箱還有電梯車廂本身隱藏著大量乘客們看不見的技術。安裝在電梯上的馬達除了負責電梯門的開關,並要控制車廂地板與各樓層地板齊平。所以這個馬達必須符合許多要求:不僅要體積小、高性能,可靠且功能智慧化。

直驅技術節省空間

maxon與瑞士電梯製造商迅達共同研發了一組符合上述要求的電梯門驅動組件:可提供兩種功率等級的maxon Door Drive。功率較強的款式採用皮帶輪驅動,可移動重達400公斤的電梯門。較小的新型款式則採用直接驅動方式,可以節省空間,適合用於不超過120公斤的門。

智能控制器

這套系統解決方案包含一個直徑為90 mm的直流無刷馬達和一個直接整合在印刷電路板上的Mile編碼器。此外,還包括一個以maxon EPOS 2系列為基礎的客製化位置控制器。電梯門組件整合進外殼中,然後直接安裝於電梯車廂上,在這裡,便是真正任務的開始。由於有各種款式的電梯、不同規格和不同材質打造的車廂,更因為在不同國家有不同的安全標準。執行校準程序後,Door Drive的控制器能辨識各電梯門的規格和重量,自動計算出最佳參數,並且在必要時進行修正。這大幅簡化了電梯安裝人員的工作,只需幾個步驟,就可以完成門驅動器的設定並快速投入使用。

寶貴資料

盤式馬達的扁平設計結構優勢在於車廂可以設計的更大,且這套驅動器相當節能。即使如此,還是能夠輸出足夠的轉矩,讓電梯門運行順暢。同樣值得一提的,是它的智能整合控制器。在連續運行期間,控制器會收集許多寶貴資料,隨時能夠提供給安裝人員。因此驅動系統不但能夠可靠地完成預定的主要工作,更是背後的得力助手。

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