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医疗应用 | 可举起“四辆汽车”的微驱动,Faulhaber助力支撑世界脊梁的先进技术!

供稿:福尔哈贝传动技术(太仓)有限公司

  如今,慢性腰酸背疼已十分普遍,虽然不致命,也不会传染,但很难治愈,这给社会也带来了较大负担。法国制造商Japet研发的电动外骨骼可以缓解极其脆弱的腰椎疼痛,它们不仅能保证最高品质,还非常轻便。为达到这些目的,FAULHABER驱动系统为其提供了强有力的保障。

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  现在,每10个病例中就有1个是因为腰背疼痛引起的,占提前退休者的13%。80%的人都经历过腰痛,其中10%至20%的人患有慢性腰痛。据法国数据显示,经济和微生系统的后续费用每年估计达200亿欧元,类似的数据在其他工业化国家也有所体现。

  不当的劳损和脊柱持续性超负荷劳作是目前导致慢性腰痛最为常见的原因。其实,只要保持几个简单的习惯,就能轻松避免不当劳损。例如,捡东西时屈膝,不弯腰,同时保持上身直立。

  在日常生活工作中,这个动作看似简单,但往往难以坚持。例如,将病人扶下床,从车上搬邮包,在生产作业中搬重物,或者在建筑工地使用重型便携式机器作业,这些情况都很难将背部应力保持在人体工学的正确范围内。这样,重物会不可避免地压在弯曲的脊柱上。

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  杠杆应力加剧腰痛病情

  杠杆应力会加剧腰痛病情:根据不同的弯曲程度,10公斤重的包裹会对下脊柱腰椎间盘施加高达50公斤同等的力。尽管这些由纤维软骨构成的“天然减震器”非常坚韧,富有弹性,但时间一长,它们会逐渐老化。如果不断受到过大应力的影响,脊柱腰椎间盘会加速出现磨损、萎缩等现象,减震效果会减弱,邻近的骨组织也会发生变化,最终造成疼痛症状。

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  当椎间盘滑脱时,会破裂,髓核脱出,并压迫周围神经,极其疼痛。“如果无法避免不当应力,就需要考虑采取缓解措施,”Antoine Noel说。2015年,这位机器人工程师与Amelie Blondeaux和Damien Bratic在法国里尔成立了Japet公司。“我们的目标是开发一款能主动支撑腰椎的束腹,并通过电机动力来补偿不当应力,从而保护椎间盘。”

  通过致动器缓解压力

  最终,研发团队开发出了Japet.W外骨骼,它由两条皮带组成,通过四个致动器连接——身体两侧各两个。上带支撑背部,下带贴在臀部上方。这些致动器称为串联弹性致动器(SEA),它们能 “感觉到”作用到他们身上的力,并通过自身电机动力来“抵消”这些作用力。

  该产品最重要的元件包括一台电机、一个丝杠和一个弹簧。当外骨骼穿戴者向前弯腰拿起重物时,电位计会测量所施加的力。接下来,测量信号会通过减速箱与驱动丝杠相连的电机开始运行,并驱动丝杠转动,然后将电机的动力传递给弹簧。

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  Antoine Noel解释道:“由于增加了压力,臀部会感受到轻微的额外应力;它们在任意情况下都能承受更大的重量。另一方面,它大大减小了作用在腰椎上的力。最重要的是,在弯腰时,其对椎间盘上的过度应力也会大大减少,甚至完全避免。同时,上半身的姿势也得到改善。”

  可举起四辆汽车的微驱动

  Japet的创始人在展会上认识了FAULHABER。当时,他们公司还只是法国北部某家诊所旗下的一个技术试验室。在他们第一台测试设备中,这三位年轻的创业者安装了价格低廉、噪音大的电机,但控制性能不佳。FAULHABER的专家们对这些年轻工程师们的想法很感兴趣,于是为他们提供了详细的咨询和高品质的电机原型,以满足他们严苛的应用需求。Antoine Noel强调说:“这对我们产品的量产意义重大。”。

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  Japet.W在外骨骼中安装了Faulhaber四台1524……SR系列贵金属换向有刷电机,为缓解脊柱压力提供了支撑力,15A系列行星减速箱则用于传输负载。由于该装置是穿戴式,所以每一克重量都很重要。Faulhaber每台电机重量仅18克,仅占总重量很小的一部分。Faulhaber微驱动系统重量虽轻,但动力强大,一个工作日下来,可为椎间盘减轻相当于三到四辆中型轿车的重量。

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  FAULHABER S R系列贵金属换向直流微电机

  除了对体积和动力比的要求较高之外,质量和可靠性也是Japet参考的关键性标准。Antoine Noel解释说:“外骨骼是经过认证的医疗产品,采用的是最高标准。此外,它还必须支持佩戴者长时间连续工作,最好无需维护。FAULHABER的驱动装置使之成为可能。”

  目前,Japet.W已投入市场,主要用于铁路、建筑和医疗保健等众多行业,可以预防慢性腰背痛,还可为已有症状但希望继续工作的人提供帮助。

  Antoine Noel强调说:“在佩戴者中,有75%的人表示疼痛得到了有效缓解。从医学角度看,这是一个值得关注的地方,因为慢性腰背疼痛是一种非常顽固且难以治疗的疾病。随着法定退休年龄的延长,高龄员工专业技能的价值受到越来越多人的重视,因此外骨骼产品未来的潜力巨大。”

发布时间:2021年6月16日 11:40 人气: 审核编辑:王妍

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