臺北 2025年6月25日 /美通社/ -- 近年來,外骨骼機(jī)器人在全球多地開始投入應(yīng)用,包括日本、德國與美國的旅遊景點(diǎn)與戶外活動場所,逐步導(dǎo)入作為登山或長時間行走的輔助設(shè)備。這類產(chǎn)品透過感測人體動作並協(xié)同施力,顯著減輕關(guān)節(jié)負(fù)擔(dān),獲得「懶人爬山神器」美稱,受到戶外族群與年長者的廣泛關(guān)注。
外骨骼機(jī)器人是一種融合機(jī)械結(jié)構(gòu)、感測器、電機(jī)驅(qū)動器和控制系統(tǒng)的可穿戴智能設(shè)備。隨著用戶需求不斷升級及相關(guān)技術(shù)的持續(xù)突破,已從專業(yè)場域逐步延伸至日常生活與消費(fèi)市場,在康復(fù)醫(yī)療、輔助行走、工業(yè)物流以及大眾消費(fèi)等多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用。據(jù)相關(guān)研究報告顯示,全球市場規(guī)模預(yù)計將突破百億美元。
醫(yī)療康復(fù)輔助是外骨骼機(jī)器人的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一,被廣泛應(yīng)用於因脊髓損傷、神經(jīng)系統(tǒng)疾病等導(dǎo)致下肢運(yùn)動障礙的人群進(jìn)行康復(fù)步行訓(xùn)練。通過電機(jī)與關(guān)節(jié)模組協(xié)同作用,輔助用戶完成行走、站立等動作,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的步態(tài)控制與回應(yīng)。整套系統(tǒng)需要對力矩、姿態(tài)、位移等多維數(shù)據(jù)進(jìn)行即時採集與處理,並與執(zhí)行單元進(jìn)行高效閉環(huán)控制,對MCU的性能與可靠性提出了極高要求。
高性能 &輕量級封裝:AT32F415精準(zhǔn)驅(qū)動步態(tài)控制
在外骨骼機(jī)器人中,系統(tǒng)通過多組電機(jī)驅(qū)動精確模擬膝關(guān)節(jié)等部位的人體關(guān)節(jié)運(yùn)動特性,編碼器作為核心傳感部件,即時回饋電機(jī)位置與速度,是實(shí)現(xiàn)精確控制和高效運(yùn)動的關(guān)鍵所在。雅特力AT32F415系列MCU作為編碼器模組的核心控制單元,採用ARM® Cortex®-M4內(nèi)核,主頻高達(dá)150 MHz,能夠快速回應(yīng)編碼器的高頻率輸入訊號,實(shí)現(xiàn)對步態(tài)角度與速度的精準(zhǔn)捕捉,確保外骨骼機(jī)器人在動態(tài)行走中具備高度的靈敏性和穩(wěn)定性。
AT32F415內(nèi)部集成了支持編碼器介面模式(Encoder Interface Mode)的高級定時器,可直接接收並解析增量式編碼器輸出的A/B兩路正交訊號,硬體完成脈衝計數(shù)與方向識別。同時,該系列MCU提供豐富的定時器通道與可配置GPIO,支持多通道關(guān)節(jié)編碼器的並行接入與同步採樣,滿足多自由度協(xié)同控制的需求。
此外,AT32F415具備小巧的QFN 4×4 mm封裝,適合嵌入在外骨骼腿部等空間受限的關(guān)節(jié)模組中。其搭載的1路CAN、5路UART及多個SPI介面,不僅可擴(kuò)展SPI或RS485協(xié)議的絕對式編碼器,也可同時連接力矩感測器、IMU等關(guān)鍵模組,構(gòu)建起穩(wěn)定高效的多感測器融合系統(tǒng),助力整機(jī)實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的姿態(tài)識別與閉環(huán)控制。
數(shù)據(jù)採集與執(zhí)行控制 :AT32F403A助力關(guān)節(jié)運(yùn)動精準(zhǔn)調(diào)節(jié)
數(shù)據(jù)採集器在外骨骼機(jī)器人中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,它通過感測器即時採集人體運(yùn)動數(shù)據(jù),使外骨骼機(jī)器人能夠更好地與人體協(xié)同工作。在機(jī)械結(jié)構(gòu)中,力矩感測器被集成於電機(jī)模組與腿部關(guān)節(jié)之間,用以即時感測電機(jī)輸出扭矩和關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)狀態(tài),這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)直接關(guān)係到外骨骼機(jī)器人對於用戶動作意圖的判斷準(zhǔn)確性和回應(yīng)速度,雅特力AT32F403A系列高性能MCU完全滿足數(shù)據(jù)採集與執(zhí)行控制系統(tǒng)的需求。
AT32F403A基於ARM® Cortex®-M4內(nèi)核,主頻高達(dá)240MHz,內(nèi)部還集成多組通用定時器與高級定時器,可精準(zhǔn)驅(qū)動伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)電機(jī)控制。高性能運(yùn)算與多通道數(shù)據(jù)處理能力,為執(zhí)行動態(tài)步態(tài)調(diào)整等計算密集型控制策略提供了強(qiáng)力支持。其高速中斷回應(yīng)機(jī)制與片內(nèi)SRAM支持更大數(shù)據(jù)緩衝與狀態(tài)記錄,使系統(tǒng)能夠在快速變化的動態(tài)步態(tài)過程中,精準(zhǔn)識別用戶意圖,即時調(diào)整腿長、步幅與關(guān)節(jié)角度,優(yōu)化整機(jī)的人機(jī)交互體驗(yàn)。
隨著人工智慧與人機(jī)交互技術(shù)的不斷進(jìn)步,外骨骼機(jī)器人有望成為人類功能延伸的重要載體。但若想實(shí)現(xiàn)真正規(guī)模化普及,需在人機(jī)協(xié)同技術(shù)、輕量化材料、提升續(xù)航能力以及成本控制等方面持續(xù)攻關(guān)。雅特力將不斷深化技術(shù)創(chuàng)新與合作開發(fā),助力外骨骼機(jī)器人在醫(yī)療、工業(yè)、民用等多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更廣泛的落地應(yīng)用,真正成為人類智慧生活的得力助手。
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