雷尼绍外骨骼机器人项目最新动态技术革新引领步态技术飞跃

每年，全球约有数十万人遭受脊髓损伤（SCI）的困扰。这种不幸的境遇可能导致截瘫或四肢瘫痪，使得患者只能依赖轮椅行动。在荷兰代尔夫特理工大学，一个名为Project MARCH的非营利性多学科学生团队正致力于改变这一现状。他们正研发一种先进的原型外骨骼机器人，帮助SCI患者重新站立和行走。

这支充满激情的团队还参与了四年一度的残障人士人机体育竞赛——Cybathlon（仿生学奥运会），以及每年规模较小的衍生赛事——Cybathlon Experience。这些国际比赛的目的是推动假肢、先进轮椅和外骨骼技术的创新，以改善残障人士的生活质量。

Project MARCH的合作与公关部负责人Martine Keulen解释道：“我们的团队由暂停学业一年的多学科学生组成。我们与一位完全脊髓损伤（截瘫）的患者紧密合作，由他亲自体验并控制我们的外骨骼机器人。原本依赖轮椅的他，穿上我们的外骨骼机器人后，便能实现站立、行走甚至克服各种障碍。在Cybathlon比赛中，我们参与的是动力外骨骼机器人比赛，这是一项充满挑战的比赛，要求参赛者在规定时间内穿越一系列障碍物。”

自Project MARCH成立起，雷尼绍及其关联公司RLS就一直为他们提供赞助，特别是提供RLS磁编码器用于关节电机位置反馈。

外骨骼机器人是一种紧密贴合人体的设备，需要面对许多挑战，包括机械结构、执行器和反馈设备的设计，以及人机交互的复杂性。Project MARCH采用了一种闭环系统，由试用者和外骨骼机器人共同协作，跟踪控制器生成的关节基准轨迹。

过去，该团队曾尝试使用标准的比例积分微分（PID）控制器来控制关节位置。嵌入式系统工程师Björn Minderman透露：“PID控制器无法满足我们的需求。我们的控制工程师决定采用基于扭矩的控制法则。这需要根据不同的行走方式和步态对PID控制器进行精细调节。例如，上楼梯时，需要输出大量扭矩，这就需要高刚性的伺服控制和较高的P值。而在静态状态下，如坐在沙发上时，过高的P值会导致系统不稳定。”

另一个挑战是通过嵌入在拐杖中的人机界面（HMI）预先选定每项任务所需的运动类型。运动方式由运动工程师离线创建，并针对每个特定的障碍物进行定制。为了确保试用者的稳定性和安全，必须精确控制关节角度，这需要高品质旋转编码器的位置反馈。

Minderman先生还提到：“我们需要在电机附近进行测量，这就带来了电气噪声的问题。外骨骼机器人中的电机会产生强大的磁场，如果周围有电线，就可能产生信号噪声。如何将数据从编码器可靠地传输到CPU而不丢失任何信息，是一个巨大的挑战。”

2020年8月，Project MARCH推出了最新型的“MARCH IVc”外骨骼机器人。这款机器人在髋部、膝部和踝部采用了特殊的动力关节组合，模仿人类的肌肉骨骼系统，提供更大的自由度并实现更高级的步态。

Minderman先生重点强调了位置编码器在这套系统中的关键作用：“我们的外骨骼机器人有八个关节，每个关节都使用绝对式编码器来直接测量关节角度。这意味着一旦启动，我们就能知道关节的位置，无需进行校准。我们必须确保每个关节都精确到位，遵循运动工程师设计的轨迹。”

他继续解释道：“我们还在电机上安装了另一个编码器。由于电机的旋转速度比关节快，因此这个编码器能够提供更高的分辨率，从而实现更佳的控制效果。”这一创新技术助力Project MARCH在助行领域取得更大的突破，为脊髓损伤患者带来更多希望。在MARCH IVc外骨骼机器人中，雷尼绍与RLS联手呈现了一种新型绝对式编码器技术。这款机器人集成了用于高分辨率（达到17位）旋转关节反馈的RLS AksIM®-2绝对式编码器，以及用于直线关节反馈的微型RLS RM08绝对式旋转编码器。这种技术合作背后的驱动力在于对精准度与可靠性的追求。

雷尼绍和RLS与客户紧密合作，不仅提供产品，更致力于理解其应用场景，确保提供最佳测量解决方案。正如Project MARCH团队的某位成员所说：“雷尼绍和RLS并没有简单地向我们推销产品，而是真正关心我们的需求和应用场景。他们深入了解我们的外骨骼机器人的工作原理，并考虑如何提供最佳的解决方案来满足我们的需求。”这种深入的合作确保了编码器的分辨率能够满足控制需求，确保位置测量的准确性，从而避免了误差的放大。

在备战即将到来的Cybathlon 2024比赛时，Project MARCH团队正朝着无需拐杖即可实现外骨骼机器人自主平衡的目标努力。这意味着他们需要寻找新的输入形式，使机器人能够自主检测并适应各种环境障碍。他们还计划进一步开发技术，使外骨骼机器人能够测量立板高度并相应调整行走步态。这一愿景不仅反映了团队对于技术进步的信心，也体现了他们对于如何真正改善人们的生活质量的关注。

Project MARCH是荷兰代尔夫特理工大学的一个学生团队，致力于开发能够帮助脊髓损伤患者站立和行走的创新型外骨骼机器人。他们每年都会参加Cybathlon比赛，这是一项涉及众多学术和商业团队的残障人士人机体育竞赛。雷尼绍与Project MARCH的成功合作已经在Precisiebeurs 2019荷兰贸易展上得到了展示，当时Project MARCH团队展示了上一代外骨骼机器人原型，充分展示了RLS磁编码器的实际应用效果。随着技术的不断进步，外骨骼机器人及其他可穿戴假肢有望彻底改变无数残障人士的生活。同时雷尼绍集团作为全球领先的工程科技公司之一，其在精密测量和医疗保健领域的专业技术正不断推动这一领域的创新和发展。对于未来的合作和比赛，雷尼绍期待与Project MARCH共同迎接挑战，共同迈向胜利。