如何设计一个外骨骼

外骨骼必须轻便、紧凑、强大、可靠、易于使用——还有什么比这更简单的呢?世界各地的许多开发人员都涉足这一领域，并取得了不同程度的成功。VariLeg增强团队的负责人Christian Bermes解释了这一切归结于什么。

力学

“用机制系统模拟人体步态是一个巨大的工程挑战。支持该人的结构必须尽可能亮，但每个额外的千克对驱动系统产生影响。因此，通常使用诸如碳的轻质材料。同样重要的是，外骨骼不太广泛，因为飞行员必须能够通过任何门而毫无困难地通过。“

驾驶

“由电动机和齿轮头组成的驱动系统，必须提供高扭矩。巨大的力量在工作，特别是在走上楼梯时。同时，需要高水平的动力学，因为电机由于行走运动而不断地改变旋转方向。愿望清单上的最终项目是一种紧凑的设计，可以尽可能小的空间。“

用户界面

“飞行员需要完全控制他们的运动，因此必须轻松地使用运动控制并直观地设计。此外，为了确保内饰可靠地在游戏中传递大型力，同时保护飞行员的敏感性皮肤，必须单独调整到飞行员的腿和躯干。“

飞行员和经验

“这可以说是最重要的一点。外骨骼在实践中工作的好坏主要取决于飞行员，他们必须习惯机器人的帮助，并学习如何使用它达到最佳效果。有些人更依赖力量，有些人更依赖技巧。不管怎样，这都需要大量的训练。”

自由程度

“应该有多少自由度?”这是个棘手的问题。外骨骼设计师通常选择两条腿的自由度，所以只有臀部和膝盖可以移动。这样做的好处是:重量更轻，控制系统更简单，因此误差来源更少。然而，它有可能有三个或四个自由度。这意味着你可以有横向运动，例如，或额外促动脚踝。这给了飞行员额外的行动自由，增加了在不平坦的地面上的稳定性。另一方面，这使得整个系统更重、更复杂，也降低了电池寿命。”

软件

“乍一看，控制更少的自由度似乎很简单。但是，当您关闭详细信息时，实现更复杂。这是因为必须控制许多不同的动作，并通过安全功能来防止事故。此外，整个外骨骼应与飞行员合作进一步开发。这只能通过可行的软件架构实现。“

Christian Bermes是Varileg的团队领导者，加强贸易硕士学位，富裕的应用科学大学的自动化和机电一体化教授Rapperswil。

全新变型外骨骼，马达功率两倍

VariLeg增强团队正在为Cybathlon 2020开发和建造外骨骼。然而，这个正在进行的项目与2016年苏黎世联邦理工学院的VariLeg团队没有什么关系。目前的外骨骼是作为一个学生项目开发的。来自苏黎世联邦理工学院和高铁Rapperswil应用科学大学的混合团队目前正在致力于完成机器人系统。系统有两个自由度。有两个无刷平面电机从每一边的马克森移动臀部和膝盖。它们提供高达600w的功率。

Otto Ineichen, maxon的商业发展医疗“最重要的是，外骨骼驱动器必须是轻量级的。低的整体高度也很重要。然而，与此同时，高功率密度和动力学是必需的，因为电机必须频繁和非常快地改变旋转方向。在马克森，我们目前正在开发一个新的产品平台的电机特别设计，以满足机器人市场的需要。这些新的驱动器是基于EC-i无框架概念。然后根据应用和要求，将它们与合适的齿轮头组合。”