第46章 古古乖乖（2/2）

- 若采用同步带传动，带张力控制在50-80N，运行时无打滑、跑偏现象。

- 测试各关节驱动响应：电机接收指令后，关节动作延迟≤0.2s，角度误差≤±1°。

（三）第三步：控制系统组装（核心依据Gb 4706.1、Gb 5226.1）

1. 控制器安装

- 主控单片机固定在腰部防水盒内（防护等级Ip54，符合Gb\/t 4208-2017），安装位置远离电机（距离≥10），减少电磁干扰。

- 控制器接线端子采用插拔式设计，标注清晰（电源、信号、电机接口区分），便于维护。

2. 传感器布局与校准

- 姿态传感器安装在髋部、膝关节、踝关节，与关节轴线平行，固定牢固（振动测试无位移）。

- 力传感器安装在足部、腰部支撑处，受力方向与传感器敏感轴一致，安装误差≤5°。

- 传感器校准（按Gb标准流程）：

1. 零点校准：在无负载状态下，记录传感器输出值，设置零点偏移量。

2. 量程校准：用标准砝码（1kg、5kg、10kg）对力传感器分级校准，线性误差≤±1%FS。

3. 温度补偿：在-20c、25c、55c环境下校准，补偿温度漂移误差。

3. 电路布线与焊接

- 布线规范：电源线（红）、地线（黑）、信号线（白\/蓝）分开铺设，线束固定间距≤200，弯曲半径≥10倍导线直径。

- 焊接工艺：焊点饱满、无虚焊，焊锡量适中（覆盖引脚1\/2），焊接温度320-350c，焊接时间≤3秒。

- 绝缘处理：所有接线端子用热缩管包裹（热缩温度120c），绝缘电阻≥2Ω（500V绝缘电阻表测试）。

4. 无线模块调试

- 无线模块安装在腰部防水盒顶部，天线外露（无遮挡），测试通信距离≥10，无丢包（连续传输1000条指令，丢包率≤0.1%）。

- 电磁兼容测试：在电机运行状态下，无线通信无干扰，传感器输出信号信噪比≥40db（符合Gb\/t 9254-2008）。

（四）第四步：电源系统组装（核心依据Gb 、Gb 4943.1）

1. 锂电池组安装

- 电池组固定在背部支架，用防震垫包裹（厚度≥5），固定带拉力≥15N，防止剧烈运动时位移。

- 电池正负极采用防反接设计（二极管+保险丝），保险丝额定电流为电池最大放电电流的1.2倍。

- bS保护板接线：过充保护电压4.2V\/电芯，过放保护电压2.75V\/电芯，短路保护响应时间≤10s。

2. 充电系统连接

- 充电器接口采用防误插设计，与电池组接口匹配（正负极对应），接口处标注“+”“-”极性。

- 充电电路串联限流电阻（10Ω\/2w），充电电流控制在0.5c（c为电池容量），符合Gb -2014充电安全要求。

- 测试充电过程：电池从3.0V\/电芯充至4.2V\/电芯，充电时间≤6小时，电池温度≤45c，无鼓包。

3. 电源系统测试

- 短路测试：用导线短接电池输出端（1秒），bS立即切断电源，电池无起火、漏液。

- 续航测试：电机持续运行（中等负载），续航时间≥2小时，符合消费级外骨骼使用需求。

- 过载保护：负载电流超过额定值1.5倍时，电源自动切断，无损坏。

（五）第五步：系统集成与机械电气联动

1. 各模块连接：

- 驱动系统与控制系统接线：电机三相线（U\/V\/w）与控制器对应接口连接，屏蔽层接地（接地电阻≤4Ω）。

- 传感器与控制器接线：信号线采用屏蔽线，屏蔽层单端接地，减少干扰。

- 电源系统供电：控制器供电电压12V，电机供电电压24V，通过dc-dc转换器转换，输出纹波≤50V。

2. 联动测试准备：

- 安装急停开关（红色蘑菇头按钮，符合Gb\/t .5-2017），安装位置便于单手操作，按下后立即切断所有动力电源。

- 连接遥控器或App，设置控制模式（手动\/半自动），标定动作范围（如膝关节最大弯曲120°，避免过载）。

3. 初步联动测试：

- 单点动作测试：分别控制髋、膝、踝关节单独动作，每个动作重复10次，无卡顿、延迟。

- 连贯动作测试：执行行走、转身等连贯动作，关节协同顺畅，无干涉现象。

- 安全保护测试：触发急停开关，所有电机立即停机（响应时间≤0.1s）；模拟过载（施加1.5倍额定负载），系统自动断电保护。

五、校准验收与合规性验证：符合国标要求的最终确认

（一）核心性能校准（依据Gb\/t -2022）

校准项目 国标要求 测试方法 合格标准

关节活动范围 髋部：前倾≥30°、后倾≥15°；膝部：弯曲≥120°；踝部：背屈≥15° 角度尺测量各关节极限位置 所有关节活动范围达标

负载能力 单关节最大负载≥10kg 在关节处施加标准砝码，测试动作稳定性 负载状态下动作无偏移、卡顿

响应延迟 控制指令至关节动作≤0.2s 用示波器记录指令发出与动作执行时间差 延迟时间≤0.2s

续航时间 中等负载下≥2小时 持续运行至电池电压降至保护阈值 续航≥2小时

工作噪声 ≤75db(A) 声级计在1处测量运行噪声 噪声≤75db(A)

（二）安全性能验证（依据Gb 4706.1、Gb ）

1. 机械安全验证：

- 俘获区域测试：用Φ5、Φ12标准试棒检测关节间隙，Φ5试棒无法进入，Φ12试棒可自由通过。

- 结构强度测试：在骨架关键部位（髋部、膝关节）施加3倍自重负载，保持1小时，无永久变形。

- 坠落测试：外骨骼从30高度自由落下（软地面），零件无脱落、损坏，功能正常。

2. 电气安全验证：

- 绝缘电阻测试：电源两极与外壳之间施加500V直流电压，绝缘电阻≥2Ω。

- 漏电流测试：在额定工作电压下，漏电流≤0.75A（I类设备）。

- 电磁兼容测试：辐射发射≤30dbμV\/（30-1000hz），静电放电抗扰度≥±8kV（接触放电）。

3. 电池安全验证：

- 重物冲击测试：9.1kg重物从61高度冲击电池，无起火、爆炸。

- 温度循环测试：-20c（4小时）→25c（2小时）→60c（4小时），循环3次，电池无漏液、鼓包。

（三）合规文件整理

1. 零件合规文件：所有核心零件的检测报告、认证证书（3c、SRRc、Gb标准检测报告）。

2. 组装记录文件：组装步骤照片、关键工序扭矩记录、校准数据表格。

3. 安全声明文件：自我声明产品符合Gb\/t -2022、Gb 4706.1-2005等标准要求。

六、维护保养与合规性保持：长期安全使用的关键

（一）日常维护流程（依据Gb\/t -2009）

1. 每日检查：

- 机械部分：螺栓紧固状态（无松动）、关节活动顺畅度（无卡顿）、防护带完整性。

- 电气部分：电池电压（≥3.0V\/电芯）、导线无破损、接口无松动。

- 功能测试：急停开关有效性、遥控通信稳定性。

2. 每周维护：

- 清洁：用软布擦拭机械表面，酒精清洁电气接口（去除灰尘）。

- 润滑：关节轴承、减速器加注锂基润滑脂（Gb\/t 7324-2010），加注量为轴承内部空间的1\/3-1\/2。

- 传感器校准：重新校准姿态传感器、力传感器，确保精度。

3. 每月维护：

- 全面扭矩复检：所有螺栓按标准扭矩重新紧固。

- 电池维护：深度充放电1次，激活电池容量；检查电池外壳有无腐蚀。

- 电气系统检测：用万用表测试电路通断、绝缘电阻，确保无老化。

（二）零件更换与合规性要求

- 更换零件必须符合原国标要求，禁止用低性能零件替代（如8.8级螺栓不可换为4.8级）。

- 锂电池更换需选择同规格、符合Gb 的产品，禁止改装电池容量、电压。

- 传感器更换后需重新按Gb标准校准，校准报告留存备查。

（三）合规性保持注意事项

- 禁止擅自改装机械结构（如扩大关节间隙、减轻骨架厚度），避免违反Gb 9706.1-2020机械安全要求。

- 禁止修改电气系统（如短路保护、过载保护），确保符合电气安全国标。

- 保存所有合规文件至产品使用寿命结束，以备市场监管部门核查。

七、实战案例：工业搬运助力外骨骼组装实例

（一）组装目标

打造一款符合Gb\/t 1228-2016、Gb\/t -2022的工业搬运助力外骨骼，单臂最大助力≥8kg，双臂综合助力≥16kg，肩关节矢状面上举角度≥140°，续航≥2小时。

（二）零件清单与预算（总预算约5000元）

模块 零件名称 规格参数（国标合规） 价格（元） 采购渠道

机械结构 6061铝合金型材 10x20，Gb\/t 3880.1 350 京东工业

碳纤维板材 3，Gb\/t

400 阿里巴巴工业品商城

8.8级螺栓螺母 4\/5，Gb\/t 1228 80 震坤行ZKh

深沟球轴承 6204，Gb\/t 307.1 120 isui米思米

驱动系统 伺服电机 扭矩8N·，Gb\/t

1200 汇川技术天猫旗舰店

谐波减速器 减速比1:50，Gb\/t

900 阿里巴巴工业品商城

控制系统 St32单片机 工作温度-20~60c，Gb\/t

350 京东工业

姿态传感器 精度±0.5°，Gb\/t 2680 280 淘宝企业店

无线模块 蓝牙5.0，SRRc核准 150 天猫品牌店

电源系统 锂电池组 24V\/3000Ah，Gb

450 京东工业

充电器 24V\/1A，3c认证 120 天猫旗舰店

辅助材料 导线、热缩管、润滑脂 符合Gb\/t 5023、Gb\/t 7324 100 拼多多百亿补贴

（三）关键组装步骤与验证结果

1. 机械骨架组装：按前述流程搭建上肢与腰部骨架，肩关节上举角度实测145°，符合国标要求；整体自重5.8kg，满足轻量化标准。

2. 驱动系统调试：电机与减速器联动测试，空载运行30分钟，温度55c，无异响；单臂负载8kg时，动作平稳无偏移。

3. 控制系统校准：传感器零点误差±0.08°，无线通信距离12，无丢包；急停开关响应时间0.08s，符合安全要求。

4. 电源系统测试：电池续航2.5小时，短路测试bS立即保护，无安全隐患。

5. 整体验收：双臂综合助力18kg，工作噪声72db(A)，所有性能指标均符合Gb\/t -2022标准。

八、总结与合规提示

个人组装外骨骼机甲的核心是“对标国标、合规采购、精准组装、严格验证”，需重点把握三大原则：一是零件必须符合对应国家标准，拒绝三无产品；二是组装流程严格遵循机械、电气装配规范，确保结构安全与电气稳定；三是完成后必须通过性能与安全验证，避免安全隐患。

需特别提示：本指南仅适用于消费级运动\/工业助力型外骨骼，严禁组装医疗康复类外骨骼（需NpA注册审批，个人无资质）；组装后的外骨骼不得用于商业销售，仅可个人非医疗用途使用；若涉及无线通信功能，需确保模块通过SRRc核准，避免违规。

通过本指南的方法，可实现符合国家知识体系、安全实用的外骨骼组装，既满足个人兴趣需求，又严格遵守相关法律法规与技术标准。