Marsi Bionics外骨骼機器人 導入磁性編碼器

一名兒童穿戴ATLAS 2030外骨骼機器人坐在椅子上。圖／雷尼紹提供

Marsi Bionics S.L.位於西班牙馬德里，專業設計和製造醫療應用的客制外骨骼機器人，能使肢體殘疾人士自由站立、移動及與周圍環境互動。該公司選用Renishaw旗下RLS提供的磁性編碼器技術克服嚴苛之應用要求，成功打造出兩款新產品：兒童用ATLAS 2030外骨骼機器人和成人用MB-Active Knee（MAK）單關節外骨骼機器人。

ATLAS 2030外骨骼機器人的每個肢節都有高達六個自由度。使用者穿戴外骨骼機器人就能夠獨立和自發動作，例如行走和坐下。機器人系統要輕巧且結構緊密，以方便身體不便的使用者操作；同時作爲生物力學模型又要確保其生理結構完整，因此設計人員必須在這兩者之間找到平衡。

爲成功實現動態行走，需要通過旋轉編碼器精確回饋機器人腿部關節的控制角度。這一點很難做到，因爲每個機械關節都具有順應性並且包含彈性元件，以模仿和支撐使用者的真實關節和肌肉。

Marsi Bionics研發工程師Alberto Plaza說明了人形外骨骼機器人應用中對編碼器之嚴苛要求：

「我們在開發外骨骼機器人時遇到的最大挑戰是能否可靠地獲取準確的參考角度位置。以前我們使用自己的PCB編碼器並將其完全連接到MAK和ATLAS外骨骼機器人的運動結構上，但卻經常因關節電機產生的雜散磁場會干擾磁性編碼器，導致讀數錯誤。

在設計ATLAS和MAK外骨骼機器人時，我們決定在不影響性能下，針對編碼器等關節元件採用最緊密的設計以因應空間限制。另一個考量是確保即使在斷電之後，也能夠可靠地知道每個軸的角度位置。」

Marsi Bionics爲ATLAS外骨骼機器人選擇了RLS Orbis磁性編碼器，爲MAK膝關節外骨骼機器人選擇了RLS RM08磁性編碼器。Orbis是一款元件級絕對式旋轉編碼器，用於空間受限之應用；採用通孔設計，可以直接安裝在關節電機軸上。RM08則是微型高速磁性旋轉編碼器：直徑爲8mm，防護等級爲IP68，適用於嚴苛的環境。

兩種磁性編碼器均具有重量輕及體積小的特點以降低慣性影響，及採用非接觸、無摩擦設計以消除機械磨損，並且具有高角度解析度和高精度，可確保出色的伺服性能。

採用RLS磁性編碼器，Marsi Bionics能夠設計和製造外骨骼矯形設備，幫助患有腦性麻痹和脊髓肌肉萎縮症（SMA）、多發性硬化和半身不遂等疾病的患者改善生活品質。