今年“五一”假期期間，黃山、泰山、華山等多個(gè)景區(qū)引入了外骨骼機(jī)器人作為登山輔助設(shè)備，通過感應(yīng)人體動(dòng)作協(xié)同發(fā)力，顯著減輕關(guān)節(jié)負(fù)擔(dān)，獲得“懶人登山神器”美稱，廣受游客青睞。

外骨骼機(jī)器人是一種融合機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和控制系統(tǒng)的可穿戴智能設(shè)備。隨著用戶需求不斷升級(jí)及相關(guān)技術(shù)的持續(xù)突破，已悄然完成從B端布局到C端落地的跨越，在康復(fù)醫(yī)療、輔助行走、工業(yè)物流以及大眾消費(fèi)等多個(gè)領(lǐng)域落地應(yīng)用。據(jù)相關(guān)研究報(bào)告顯示，全球市場規(guī)模預(yù)計(jì)將突破百億美元。

醫(yī)療康復(fù)輔助是外骨骼機(jī)器人的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一，被廣泛應(yīng)用于因脊髓損傷、神經(jīng)系統(tǒng)疾病等導(dǎo)致下肢運(yùn)動(dòng)障礙的人群進(jìn)行康復(fù)步行訓(xùn)練。通過電機(jī)與關(guān)節(jié)模塊協(xié)同作用，輔助用戶完成行走、站立等動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的步態(tài)控制與響應(yīng)。整套系統(tǒng)需要對(duì)力矩、姿態(tài)、位移等多維數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集與處理，并與執(zhí)行單元進(jìn)行高效閉環(huán)控制，對(duì)MCU的性能與可靠性提出了極高要求。

高性能與輕量級(jí)封裝: AT32F415精準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)步態(tài)控制

在外骨骼機(jī)器人中，系統(tǒng)通過多組電機(jī)驅(qū)動(dòng)精確模擬膝關(guān)節(jié)等部位的人體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)特性，編碼器作為核心傳感部件，實(shí)時(shí)反饋電機(jī)位置與速度，是實(shí)現(xiàn)精確控制和高效運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵所在。雅特力AT32F415系列MCU作為編碼器模塊的核心控制單元，采用ARM Cortex-M4內(nèi)核，主頻高達(dá)150 MHz，能夠快速響應(yīng)編碼器的高頻率輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)步態(tài)角度與速度的高精度捕捉，確保外骨骼機(jī)器人在動(dòng)態(tài)行走中具備高度的靈敏性和穩(wěn)定性。

AT32F415內(nèi)部集成了支持編碼器接口模式（Encoder Interface Mode）的高級(jí)定時(shí)器，可直接接收并解析增量式編碼器輸出的A/B兩路正交信號(hào)，硬件完成脈沖計(jì)數(shù)與方向識(shí)別。同時(shí)，該系列MCU提供豐富的定時(shí)器通道與可配置GPIO，支持多通道關(guān)節(jié)編碼器的并行接入與同步采樣，滿足多自由度協(xié)同控制的需求。

此外，AT32F415具備小巧的QFN 4×4 mm封裝，適合嵌入在外骨骼腿部等空間受限的關(guān)節(jié)模塊中。其搭載的1路CAN、5路UART及多個(gè)SPI接口，不僅可擴(kuò)展SPI或RS485協(xié)議的絕對(duì)式編碼器，也可同時(shí)連接力矩傳感器、IMU等關(guān)鍵模塊，構(gòu)建起穩(wěn)定高效的多傳感器融合系統(tǒng)，助力整機(jī)實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的姿態(tài)識(shí)別與閉環(huán)控制。

數(shù)據(jù)采集與執(zhí)行控制: AT32F403A助力關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)

數(shù)據(jù)采集器在外骨骼機(jī)器人中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，它通過傳感器實(shí)時(shí)采集人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，使外骨骼機(jī)器人能夠更好地與人體協(xié)同工作。在機(jī)械結(jié)構(gòu)中，力矩傳感器被集成于電機(jī)模塊與腿部關(guān)節(jié)之間，用以實(shí)時(shí)感知電機(jī)輸出扭矩和關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)直接關(guān)系到外骨骼機(jī)器人對(duì)于用戶動(dòng)作意圖的判斷準(zhǔn)確性和響應(yīng)速度，雅特力AT32F403A系列高性能MCU完全滿足數(shù)據(jù)采集與執(zhí)行控制系統(tǒng)的需求。

AT32F403A基于ARM Cortex-M4內(nèi)核，主頻高達(dá)240MHz，內(nèi)部還集成多組通用定時(shí)器與高級(jí)定時(shí)器，可精準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)電機(jī)控制。高性能運(yùn)算與多通道數(shù)據(jù)處理能力，為執(zhí)行動(dòng)態(tài)步態(tài)調(diào)整等計(jì)算密集型控制策略提供了強(qiáng)力支持。其高速中斷響應(yīng)機(jī)制與片內(nèi)SRAM支持更大數(shù)據(jù)緩沖與狀態(tài)記錄，使系統(tǒng)能夠在快速變化的動(dòng)態(tài)步態(tài)過程中，精準(zhǔn)識(shí)別用戶意圖，實(shí)時(shí)調(diào)整腿長、步幅與關(guān)節(jié)角度，優(yōu)化整機(jī)的人機(jī)交互體驗(yàn)。

隨著人工智能與人機(jī)交互技術(shù)的不斷進(jìn)步，外骨骼機(jī)器人有望成為人類功能延伸的重要載體。但若想實(shí)現(xiàn)真正規(guī)模化普及，需在人機(jī)協(xié)同技術(shù)、輕量化材料、提升續(xù)航能力以及成本控制等方面持續(xù)攻關(guān)。雅特力將不斷深化技術(shù)創(chuàng)新與合作開發(fā)，助力外骨骼機(jī)器人在醫(yī)療、工業(yè)、民用等多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更廣泛的落地應(yīng)用，真正成為人類智慧生活的得力助手。