Ein Exoskelett ist eine äußere Struktur, die die Bewegungen einer Person unterstützt. Angetriebene Exoskelette sind tragbare Roboter oder tragbare Geräte, die an den Gliedmaßen einer Person befestigt werden. Sie verwenden Prinzipien der Elektrosimulation, um zunächst die Bewegungen einer Person zu erkennen und sie dann zu ersetzen oder zu verstärken. Sie werden in der Regel nach einem Unfall, einer Krankheit oder einer periodischen/dauerhaften Lähmung in Krankenhäusern und Rehabilitationszentren eingesetzt, um den Bedürfnissen älterer und behinderter Menschen oder sogar von Rückenmarksverletzungen oder Schlaganfällen gerecht zu werden (Abb. 1).

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Die motorisierten Gelenke sollten idealerweise in die Struktur des Exoskeletts integriert sein und die für die Operation des Exoskeletts erforderlichen Kräfte bereitstellen. Die Lastprofile können sehr anspruchsvoll sein — mit extremen Spitzenüberlastungen, wie in dem Beispiel aus [1] in Abb. 2 dargestellt. Daher sollten die Motoren in der Lage sein, höhere Spitzendrehmomente zu liefern, um die anspruchsvollen Bewegungen und Belastungen der Exoskelettgelenke zu unterstützen. Eine ideale Integration bedeutet, dass die Gelenke axial kurz sein sollten, d. h. auf der linken oder rechten Körperseite nicht zu weit herausragen. Die gesamte Gelenkstruktur, einschließlich der Ausrüstung, sollte die Agilität und Mobilität des Exoskeletts gewährleisten, sodass sich die Benutzer freier und sicherer bewegen können.

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FiberPrinted™ -Motoren, die die herkömmliche Motortechnologie herausfordern

FiberPrinted™ Motoren weisen zahlreiche Vorteile auf.

1. Sie zeichnen sich im Vergleich zu herkömmlichen PM-Maschinen mit Eisenkernen durch intrinsisch dünne Statoren aus (Bild 3). Dies eröffnet die Möglichkeit zur Integration von Getrieben, Bremsen, Sensoren usw.

2. Ein Vergleich der Motoren nach dem Spitzendrehmoment (Tabelle 1) zeigt, dass FiberPrint-Motoren im Vergleich zu herkömmlichen Motoren ein extremes Spitzendrehmoment bieten. Diese erhöhte Drehmomentabgabe verbessert die Gesamtleistung und Reaktionsfähigkeit des Exoskeletts und ermöglicht gleichmäßigere und präzisere Bewegungen. Exoskelettgelenke, die den kurzfristigen Überlastungen wie in Abbildung 1 ausgesetzt sind, können das extreme Spitzendrehmoment der Alva-Motoren voll ausschöpfen. Die Reduzierung des Gelenkgewichts aufgrund des einzigartigen Drehmoment-Masse-Verhältnisses der FiberPrint-Motoren trägt zur allgemeinen Agilität und Mobilität des Exoskeletts bei, sodass sich die Benutzer freier und komfortabler bewegen können.

3. Die Kräuselung des Motordrehmoments kann ein Problem sein, das die Leistung eines Exoskeletts beeinträchtigt. Herkömmliche Motoren können eine recht hohe Drehmomentwelligkeit aufweisen, die teilweise auf das Verrasten zurückzuführen ist (Bild 4). Rastfreie Betriebscharakteristik der Motoren von Alva trägt maßgeblich zur geräuscharmen und reibungslosen Funktion der Exoskelettgelenke bei. Das Fehlen von Rackbewegungen sorgt für eine minimale Vibrations- und Geräuschentwicklung, was dem Benutzer ein angenehmeres und intensiveres Erlebnis bietet und gleichzeitig den Verschleiß der Komponenten des Exoskeletts reduziert.

4. Motorkonstante (Siehe auch: Der Wert von hohen Kilometern) der FiberPrint-Motoren ist in der Regel auch höher als bei Wettbewerbern, was einen hohen Wirkungsgrad, niedrige Oberflächentemperaturen und einen langen Batteriebetrieb gewährleistet.

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Integrierte Lösungen

Wie oben erwähnt, haben FiberPrint-Motoren im Vergleich zu herkömmlichen Motoren größere Lochdurchmesser. Dieses Merkmal ermöglicht die nahtlose Integration größerer Getriebe in die Gelenkbaugruppe, wodurch die allgemeine Effizienz der Kraftübertragung verbessert wird und das Exoskelett eine größere Kraft ausüben kann, ohne an Agilität oder Geschwindigkeit einzubüßen. Eine der möglichen Lösungen mit dem dünnen FiberPrint-Motor ist in Abbildung 5 dargestellt und zeigt auch die alternative Lösung, die auf der konventionellen Technologie basiert. Die Lösung von Alva ermöglicht nicht nur den Einbau größerer Getriebe in den Motor, sondern auch eine bessere Wärmeabfuhr von den aktiven Teilen, da der Wärmefluss von den Quellen zur Außenfläche des Gehäuses kürzer ist.

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Die Motortechnologie von Alva verbessert Exoskelette

Unabhängig von der Integrationsmethode liegen die Vorteile der FiberPrinted™ -Motoren auf der Hand. Die Kombination aus höheren Spitzendrehmomenten, größeren Bohrungsdurchmessern für größere Getriebe, rastfreiem Betrieb und geringem Gewicht macht die Motoren von Alva zur optimalen Wahl für Exoskelett-Anwendungen. Diese umfassenden Vorteile stellen sicher, dass Exoskelette, die mit den schlitzlosen Motoren von Alva ausgestattet sind, überragende Leistung, Komfort und Bedienkomfort bieten und sich somit ideal für eine Vielzahl von Anwendungen eignen, von der medizinischen Rehabilitation bis hin zur industriellen Unterstützung und darüber hinaus. Die Rolle der technologischen Vorteile, die bessere Exoskelette ermöglichen, ist in Abbildung 6 grafisch zusammengefasst.

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Referenzen

1. N. Latif, A. Shaari, Ida S. Md Isa, Tan Chee Jun, Drehmomentanalyse des Roboterdesigns für die unteren Extremitäten, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, Band 10, Nr. 19, Oktober 2015, ISSN 1819-6608.

2. Gan Zhang, Qing Tong, Taixun Zhang, Jinxin Tao, Anjian Qiu, „Entwurf eines Robotergelenks mit hoher Drehmomentdichte und Analyse der für ein leichtes Exoskelett angewandten Methode zur Kraftsteuerung“, Electronics 2023, 12 (2), 397; (Quelle).