在不断变化的机器人和可穿戴技术领域，外骨骼在多个应用中的前景日益广阔，即将为人体行动能力和机能表现带来翻天覆地的变化。 这项技术目前最常见于身体康复应用中；但总有一天，它在居家护理和辅助生活领域会变得无处不在 — 让用户能够在无需过多依赖护理人员的情况下，长时间保持行动能力和活动自由。
这些可能性让人欢欣鼓舞，但对于外骨骼设计人员而言，实现它们并非易事。 要想在规模上取得成功，需要高度优化的组件和经验丰富、熟悉当前挑战的设计合作伙伴。
应对外骨骼设计挑战
外骨骼设计中存在着一大棘手的挑战，它们需要兼顾轻便的重量和强大的性能；保持外形紧凑而又不影响用户的舒适感。 这一切都是设计人员必须满足的前提，然后才能思考如何根据不同的应用要求及人体体重和体型差异，打造能够扩展与调整的设计。
不论是怎样的应用，运动控制设计和电机选择都是设计过程中的成败关键。 这些选择会如何帮助（或阻碍）必须模仿人体复杂力学原理的最终性能？ 让我们了解一下关键的考虑因素和见解。
外骨骼的运动控制设计和电机选择
在外骨骼开发过程中，克服挑战的关键在于电机集成。 无框电机凭借i其高转矩密度和紧凑的尺寸，一跃成为这种复杂设备的首选。 然而，想要将它们无缝融入到外骨骼框架中，同时保证完美、高效的运行，仍然是一项复杂而繁复的任务。
这个过程的第一步是了解所需运动控制的负载和动态特性，以及发生传动所需要的速率。 在掌握这些速度和转矩的要求后，您就可以选择减速机了。 如何选择齿轮箱将影响到电机的选择和集成。 然而，这正是设计人员常常遭遇挑战的地方。
在完成组件选择和集成后，测试和验证环节可能会揭露许多性能问题 — 它们将迫使设计人员重头再来。 例如，膝关节的齿轮箱和电机组合的重量可能会高于预期，这就需要设计人员优化髋关节的规格。 而这反过来又会影响整体重量、工作温度等方面，最终使外骨骼设计无法实现。
在任何一种机械设计过程中，迭代都不可避免，但设计人员可以采取一些措施来降低集成难度，减少返工量。
1) 选择专为谐波驱动型减速机进行优化的紧凑型电机设计
谐波减速机在外骨骼设计中十分常用，因为它可以实现轻便紧凑的关节设计，同时消除齿隙。 为了充分发挥这些优势，设计人员必须选择专为这类减速机进行优化过的电机。
科尔摩根 TBM2G 无框电机的尺寸经过专门设计，能够直接与谐波驱动型减速机搭配使用，提供外骨骼设计所需的紧凑、短程和轻质关节。 TBM2G 系列专为人形机器人和外骨骼量身定制，具有七种直径选项（从 50 mm 到 115 mm）、三种叠片长度和多种绕组 — 能够实现多达 63 种目录标准电机组合。
2) 选择高性能、高转矩密度的电机
除了针对减速机进行优化，以及支持多种紧凑尺寸之外，还要确保所选电机的扭矩密度高于竞争对手。 初看之下，转矩密度更高的电机可提供外骨骼设计所需的爆发式加速（例如，帮助运动障碍用户抬起或迈出一条腿）。 但更进一步来说，性能更强的电机有助于简化设计过程，甚至促成更具有商业可行性的设计。
以前面的例子为例，如果某个膝关节过重，导致其余设计无法承受，就必须返工；而转矩密度更高且拥有更多可用尺寸的电机，可更好地适应增多的需求，无需设计人员从零开始设计齿轮箱或电机。 面对规格和性能各异的其他组件时，性能更强的电机可提供更加出色的兼容性和灵活性。
转矩密度出色的 TBM2G 电机在这方面脱颖而出。 通常情况下，如果设计师已将一个外骨骼系统的转矩发挥到极致，仍需更高的齿轮比，他们就不得不牺牲速度。 而 TBM2G 电机则不同。 它可在高速时提供更强的性能，让设计人员无需妥协。
这种高速高转矩的性能还使更小尺寸的齿轮箱成为可能。 在外骨骼和机器人设计中，齿轮箱往往是最重、最昂贵的组件之一，因此这是一项关键性的优势。 最后但同样重要的是，这种卓越的性能是在低工作温度下实现的— 对于近距离接触用户身体的外骨骼来说，这是决定其能否投入使用的一大关键要素。
3) 选择专业的合作伙伴
在外骨骼这样快速发展的新兴市场中，选择经验丰富、能力强大的合作伙伴将大受裨益。 科尔摩根是运动控制领域的佼佼者，更是外骨骼运动控制设计的先驱。 我们专注于设计能够提高外骨骼设计标准，并真正实现扩展化和商业化的电机。
除了产品以外，我们的应用专家还能从头开始指导您规划设计 — 手把手的全组件选择指导、集成支持、故障排除和持续设计优化。
在设计人员忙于进行错综复杂的外骨骼开发时，如何保证电机的兼容性也是一大关键性难题。 联系我们，进一步了解科尔摩根如何推动这一变革性领域的创新，以及我们如何帮助您开创新的设计。
