外骨骼市场正处于一个转折点。 由于人口老龄化、慢性病数量上升，以及短期无望缓解的劳动力短缺问题，外骨骼展现出了巨大的潜力。 事实上，根据市场报告预测，从现在到 2028 年，外骨骼市场将以近 40% 的复合年增长率发展，届时将达到 37 亿美元。
如今，工程师们正在努力开发外骨骼，帮助行动障碍人士恢复行动能力，甚至是强化人类的自然机能。 但这个行业并非没有挑战。 作为可穿戴设备，外骨骼必须舒适、可靠、安全 — 考虑到其复杂的机械结构，这是一项十分艰巨的任务。
在设计外骨骼时，为保证商业可行性，工程师必须考虑三大标准：温度、安全性和灵活性
保持低工作温度
工程师深知，在热敏应用中，电机产生的高温可能会导致出现问题。 然而，与传统机器设计不同的是，由于尺寸和重量的限制，外骨骼工程师无法使用常用的电机冷却方式（风冷、水冷、隔热等）。
一般电机在工作时的最高绕组温度为 155 摄氏度（超过 300 华氏度），但在设计外骨骼时选用的电机必须在更低温度下发挥出足够的性能，同时无法获得冷却系统的辅助。 遗憾的是，外骨骼工程师经常会遇到为工业机器人应用而设计的无框架电机，其运行温度可能会超过外骨骼设备的实际水平，因为它会与使用者的身体紧密接触。
工程师必须找到高热效率的电机，能够在低至 50-60 摄氏度的温度下工作，从而尽量减少近身接触的影响。 然而，低绕组工作温度可能会严重削弱常见无框电机的性能。 对于工程师来说，他们的合作伙伴应该不仅能够提供高热效率电机，还可以提供运动控制系统设计工具，模拟电机在特定转矩、速度和温度下的性能水平。 这可以更好地规划各种应用需求和电机选型要求。
通过选型保证安全性和灵活性
想要设计出切实可行的外骨骼，最大的挑战之一在于选型。 工程师不仅需要将人体自身的体型差异考虑在内，还要尽可能地保持设计精巧、简洁、轻便，以便最大限度地实现舒适感、安全性和灵活性。
特别是在医疗康复应用中，用户某些肢体的机能可能有限甚至丧失，工程师必须将此考虑在内。 在这一应用中，如果发生跌倒和事故，轻便的设计对于保护用户安全至关重要。
此外，轻便的设计对于保障舒适感也十分重要，尤其是当原始设备制造商希望提高外骨骼使用率，推广到需要更长时间或频繁使用外骨骼的应用时。 例如，对于使用外骨骼进行康复或行动的工作人员和患者来说，他们不希望身体承受过重的重量或是令人不适的压力。 除了不适感之外，设计人员还必须考虑并减少穿戴者的常见风险，其中包括：
- 因外骨骼和用户摩擦/直接接触导致的损伤或不适
- 关节过度伸展或用力过度
- 意外接触、碰撞和振动暴露
最后，为了让用户能够穿过狭窄空间，减少外骨骼被附近物体钩住的风险，简洁、紧凑的设计必不可少。
考虑到这些在尺寸和重量方面的严格要求，无框电机必须外形紧凑、性能强大，足以满足特定外骨骼应用的需求。
专为外骨骼而生的电机
大多数高性能无框架电机都是为一般自动化或机器人关节应用而设计的，因此可能无法满足外骨骼设计人员更高的要求。 然而，科尔摩根的 TBM2G 电机专为这种任务而设计。
它们能够在整个速度范围内输出稳定的转矩 — 并且封装更加紧凑。 工程师可在所需的温度范围内获得出色性能，而无需扩大电机尺寸。 TBM2G 电机经过专门设计，易于集成到外骨骼关节最常用的谐波驱动型装置，可选配集成霍尔传感器，不会增加电机长度。
最后，TBM2G 电机具有介于 50 mm 到 115 mm 之间的七种直径，以及长度介于 8 mm 到 26 mm 之间的三种叠片 — 外骨骼原始设备制造商能够更轻松地调整尺寸，以满足各种用户体型和应用需求。
选择正确的合作伙伴
提到外骨骼设计时，选择正确的合作伙伴就和设计组件本身一样重要。 随着外骨骼市场的快速发展，科尔摩根可帮助工程师始终更胜一筹。
科尔摩根是无框无刷电机设计和制造领域的佼佼者— 凭借专业的电机选择、设计指导和服务，我们能为各种外骨骼应用提供鼎力支持。
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