当电机控制技术成为人体的一部分时，对控制系统的组件尺寸和可靠性要求将极大提高。得益于集成式FOC控制系统组件，第一款具有两个活动关节的义肢得以在短时间内完成—— 赶上在苏黎世举办的全球半机械人奥运会(Cybathlon)。

失去肢体显然会对一个人的生活质量造成巨大打击。遗憾的是，当前的义肢在模仿自然肢体运动功能方面还有很长的路要走。在德国制造商Trinamic Motion Control提供的集成驱动控制组件的帮助下，有源义肢技术的领导者、冰岛制造商Össur正在开发可批量生产的首款假腿，该产品具有电动膝关节和踝关节。假腿的运动和控制越来越接近自然腿。最大的好处是膝下截肢者不再需要重新学习走路。

Össur的动力膝作为世界上第一款上市的人工膝关节，能够通过有源电机模拟自然肌肉活动，并随时提供在台阶或斜坡上向上运动所需的动力，从而树立了新标准。

从胡克船长到钢铁侠
叠衣服、从沙发上站起来或摆放饭桌 —— 对于健康人来说，根本不是问题。但是，位于苏黎世的瑞士联邦理工学院(ETH)希望向全世界展示，这些日常活动对于身体残疾的人是多么困难。

尽管现在的义肢远非所谓的木制“假腿”能比，但使用义肢的人仍然必须重新学习或对日常生活的几乎各个方面做出重大调整。因此，Cybathlon主要关注正常日常活动带来的挑战。

Össur团队与Trinamic一起正在世界第一届Cybathlon上应对这些挑战，利用其全电动义肢为膝关节和踝关节提供动力。然而，赶上Cybathlon的最后期限意味着该团队只有不到半年的时间来开发尖端、紧凑且可靠的驱动控制系统。

运动控制器是身体的一部分

即使电动义肢不像起搏器等一样被视为生命攸关系统，但将执行器作为身体的一部分要求设备具有高耐久性和可靠性。同时，执行器及其控制系统必须适合自然肢体的尺寸。因此，尤其是踝关节执行器的可用空间非常有限。

为了能够在长期内更换具有不同辅助等级的关节，控制系统必须是模块化的。各种不同的基本设计将可用于支持不同的电池电压和功率等级；为了实现这一目的，功能组件，即电机控制、传感器和中央处理器(运行生理运动AI)，被设计为独立的组件，在一个非常小的空间内安装在一起。

我们的动力源自于提高人们的机动性。这使得我们成为世界上唯一一家为膝上截肢者制造电动义肢的公司。有了Trinamic作为电机和运动控制领域的合作伙伴，使我们能够走得更远，使电动义肢的目的更容易实现。

—David Langlois (Össur的膝盖技术产品负责人)

利用专用的斜坡控制器加快开发进度

牢牢把握这些要求，以及紧盯按时为Cybathlon开发工作原型的目标，Trinamic在不到5个月的时间内开发了一款定制电机控制系统。在如此短的时间内实现这一目标，完全得益于TMC4670专用控制器组件，该组件通过负责全部磁场定向控制，减轻微处理器的负担。从而避免了开发控制器固件相关的时间，以及节省了进行验证和测试通常所需的时间。只需根据电机及设备应用的独特要求对控制参数进行调整即可。

因此，开发工作可集中在克服尺寸限制带来的挑战。为了不超出脚的基本几何尺寸，要求将峰值输出为500W的电机控制器安装在不大于65 x 45 mm的区域内。在如此小的空间内管理功率耗散就要求与铝结构具有良好的热连接，所以并行开发包括有源多层结构在内的多款设计，并与功能模型进行了比较。根据这些实验的结果，选择了一款具有表贴安装断路器、与外壳具有最优热连接的设计。

我们对Cybathlon都感到非常兴奋！随着我们继续开发技术，驱动系统与人体的融合成为Trinamic团队的终极挑战和动力。Össur作为义肢行业的领先创新者，是完美的合作伙伴。此类技术也非常适合其他诸多应用，例如机器人、医学技术，甚至消费产品领域。
—Michael Randt (TRINAMIC创始人)

利用硬件在环进行验证

为了验证设备的控制系统及其专门开发的机械组件，在预期工作载荷周期内对Trinamic的早期原型进行了严格测试。利用目前制造的PowerKnee II中获得经验，建立了载荷周期模型，并在测试实验室中使用一对包含两个电机的设备进行了仿真；这两个电机将被用于最终产品。