Marsi Bionics外骨骼机器人 导入磁性编码器

一名儿童穿戴ATLAS 2030外骨骼机器人坐在椅子上。图／雷尼绍提供

Marsi Bionics S.L.位于西班牙马德里，专业设计和制造医疗应用的客制外骨骼机器人，能使肢体残疾人士自由站立、移动及与周围环境互动。该公司选用Renishaw旗下RLS提供的磁性编码器技术克服严苛之应用要求，成功打造出两款新产品：儿童用ATLAS 2030外骨骼机器人和成人用MB-Active Knee（MAK）单关节外骨骼机器人。

ATLAS 2030外骨骼机器人的每个肢节都有高达六个自由度。使用者穿戴外骨骼机器人就能够独立和自发动作，例如行走和坐下。机器人系统要轻巧且结构紧密，以方便身体不便的使用者操作；同时作为生物力学模型又要确保其生理结构完整，因此设计人员必须在这两者之间找到平衡。

为成功实现动态行走，需要通过旋转编码器精确回馈机器人腿部关节的控制角度。这一点很难做到，因为每个机械关节都具有顺应性并且包含弹性元件，以模仿和支撑使用者的真实关节和肌肉。

Marsi Bionics研发工程师Alberto Plaza说明了人形外骨骼机器人应用中对编码器之严苛要求：

「我们在开发外骨骼机器人时遇到的最大挑战是能否可靠地获取准确的参考角度位置。以前我们使用自己的PCB编码器并将其完全连接到MAK和ATLAS外骨骼机器人的运动结构上，但却经常因关节电机产生的杂散磁场会干扰磁性编码器，导致读数错误。

在设计ATLAS和MAK外骨骼机器人时，我们决定在不影响性能下，针对编码器等关节元件采用最紧密的设计以因应空间限制。另一个考量是确保即使在断电之后，也能够可靠地知道每个轴的角度位置。」

Marsi Bionics为ATLAS外骨骼机器人选择了RLS Orbis磁性编码器，为MAK膝关节外骨骼机器人选择了RLS RM08磁性编码器。Orbis是一款元件级绝对式旋转编码器，用于空间受限之应用；采用通孔设计，可以直接安装在关节电机轴上。RM08则是微型高速磁性旋转编码器：直径为8mm，防护等级为IP68，适用于严苛的环境。

两种磁性编码器均具有重量轻及体积小的特点以降低惯性影响，及采用非接触、无摩擦设计以消除机械磨损，并且具有高角度解析度和高精度，可确保出色的伺服性能。

采用RLS磁性编码器，Marsi Bionics能够设计和制造外骨骼矫形设备，帮助患有脑性麻痹和脊髓肌肉萎缩症（SMA）、多发性硬化和半身不遂等疾病的患者改善生活品质。