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產品應用
醫療產業-肌電義肢

 

 

攜手創新

 

繫鞋帶、疊床單、撕洋芋片包裝,這些都無法用一隻手完成。先天性截肢或因事故失去了一隻手的人,每天都會遇到這些難題。為了使他們的生活更為便利,英國Steeper公司開發了Bebionic肌電義手。FAULHABER的馬達使義肢迅速無誤地以持續握力抓握。

 

大部分人只在科幻電影中見過功能性義肢。這些義肢給人工的四肢超人般的力量。相較而言,現實中的義手並不會使佩戴者成為超人英雄。但這些義肢可以幫助患者完成大部分人都能進行的正常動作。


直覺行為

Bebionic肌電義手重400600克,與真手重量相當。義肢由人體弱電信號控制。肌肉收縮產生這些信號,並被皮膚上的電極測得,原理與心臟檢查中的心電圖相似。義肢軸上裝有兩個電極檢測肌電信號,並將這類信號傳輸給控制電子元件。這些信號被放大,激發五個小型馬達(每台馬達對應於一個手指),從而移動手指,使手掌攤開或握緊。因此肌肉收縮信號強度可控制抓握的速度和力量:信號弱時,移動速度慢;信號強時,移動速度快。
控制義手攤開或握緊的肌肉,實際上是控制真手上手腕移動的肌肉。義肢佩戴者必須了解肌肉的這種新功能。「人腦的適應能力是超乎想像的。很快地,佩戴者就能憑直覺動作,如同駕駛員在想剎車時踩下剎車一樣。」Steeper技術總監Ted Varley說。

 

 

 prosthesis

The Bebionic 的重量在400到600克之間,大約和自然手一樣重。

Each finger is moved by its own small dc motor

每根手指都由各自獨立的dc馬達移動

 

 

額外馬達提供更多控制

20世紀80年代,全球第一隻肌電義手面世。這種義肢由單一馬達進行驅動,只有一個簡單的握緊機制:大拇指、食指和中指進行鉗式閉合。無名指和小拇指只有外觀功能,沒有握力。約十年前,這種理念得到了根本上的改變。「我們認為,如果義肢靈活性提高,每根手指所受到的握力就更小。」 Ted Varley解釋說。為進行分別控制,義手的每根手指上都裝有一台馬達。四台馬達裝在手掌中,控制大拇指的馬達裝在大拇指中。編碼器在馬達結合,可隨時精準地檢測手指的位置。
因為這種分別控制,手指可呈14種不同的抓握狀態。其中一種是鑰匙式。大拇指上下移動,其他四根手指彎曲,可抓握盤子、鑰匙或銀行卡這樣的扁平的物品等。另一種是勾式,可承受重達25千克的重物。伸出的食指可使用鍵盤和遙控。另一種是大力抓握式。大拇指在反向位置,其他四個手指閉合,直到遇到阻力為止。這種形式可抓握形狀不規則的物品,例如酒杯。「這要比鉗式抓握自然得多。如果五根手指都用上會更為穩定。」Varley強調。

 

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自尊的提升

仿真手為日常生活帶來便利。「實際上,義肢讓很多微不足道的小事情變得更簡單。總而言之,義肢能夠明顯提高生活品質。」Ted Varley解釋道。義肢還具有心理效應:很多用戶回應,裝上Bebionic義肢後,他們感受到了其他人對它的興趣,自我價值的感覺隨著Bebionic的增加。
因此,義肢的外觀設計也非常重要。「開發第三代Bebionic產品時,我們採用了不同尋常的方法:我們首先設計出義肢的外型,然後研究如何將單個部件裝入這個外型中。」Varley說。「五年前是無法完成小型義手的。那時技術還不夠先進。」2013年,Steeper公司於找到FAULHABER商談合作,用於該項目1024 SR系列直流微型馬達仍處於研發階段。雙方的項目團隊同時加快了馬達系列產品和義手的研發。STEEPERFAULHABER開發團隊在英國和瑞士定期召開討論會。會議的中介方,即FAULHABER公司在英國的獨家銷售夥伴Electro Mechanical Systems ( EMS )也參與了討論。密集的合作最終產生了一個具有卓越的功率體積比的馬達和為拇指訂制的驅動器,為這次的緊密合作畫上圓滿的句號。

Myoelectric prosthesis Myoelectric prosthesis Myoelectric prosthesis

性能標杆

1024 SR系列直流微型馬達上是同等產品內品質最好的,也是市場中同等體積馬達中功率最大的。馬達直徑10毫米,長度24毫米,失速轉矩4.6 mNm。其轉速/扭矩曲線較為平緩,因此能在整個轉速範圍內提供持續的高扭矩。該馬達的強大性能是通過新線圈設計實現的。該線圈中銅金屬含量比上一代產品增加了60%,並配備了一塊強大的稀土磁鐵。為降低運行噪音,義手使用了訂制的10/1系列行星減速機。「開發一款可整合到拇指內的線性驅動系統是一個很大的挑戰。」FAULHABER微型馬達部的銷售工程師Tiziano Bordonzotti說道。FAULHABER子公司Micro Precision Systems (MPS)生產的高精度四點軸承,使製成的驅動系統長度顯著小於競爭對手產品。四點軸承非常獨特,即便與另一軸承系統相比,該軸承的尺寸更小,但仍能承受義肢應用中的大軸向力。整個拇指驅動系統可承受高達300 N的軸向力,而總長小於49毫米。
Ted Varley
對合作研發成果感到非常振奮:「Bebionic義手的S尺寸是市場中最實用的義手尺寸。如果沒有FAULHABER項目團隊的密切合作,該項目無法成功。」

 

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Medical & Lab Equipment / Prosthetics bebionic

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