Хирургические роботы, механические протезы и экзоскелеты используют двигатели для расширения и улучшения человеческих возможностей, а также для развития отрасли здравоохранения. Эти передовые медицинские продукты стали реальностью отчасти благодаря передовым технологиям, используемым для создания медицинских моторов и электронных приводов.
Ниже представлены пять основных типов медицинских моторов и приводов, которые улучшают жизнь и здоровье людей.
Мотор-редукторы помогают людям в инвалидных колясках наслаждаться свободой и нормально «ходить» по дороге. Возьмите уникальную инвалидную коляску-вездеход, в которой вместо колес используется несколько гусениц, все они приводятся в движение редукторными двигателями. Он может проходить через поля, леса и даже небольшие ручьи. Это открывает ряд решений для внедорожной мобильности.
Прямоугольный мотор-редуктор RAD36 приводит в движение кресло-качалка. Это позволяет гусеничной инвалидной коляске достигать нагрузки 350 фунтов, скорости до 5 миль в час и преодолевать склоны, лощины, гравийные дороги и другие особые дорожные условия.
Медицинские моторы важны для насосов, используемых во многих современных медицинских устройствах, обеспечивая охлаждающую способность и точное дозирование жидкостей, газов и фармацевтических препаратов.
КТ-сканер: компьютерные томографы обеспечивают быстрое сканирование с высоким разрешением и трехмерное изображение внутренней части человеческого тела. Многие компьютерные томографы требуют использования центробежных насосов для циркуляции охлаждающей жидкости для поддержания температуры рентгеновской системы сканера. Как правило, бесщеточный двигатель постоянного тока со встроенным приводом обеспечивает надежную работу насоса.
Диализ: система гемодиализа требует надежного перистальтического насоса для точного перемещения крови пациента и диализирующего раствора через диализатор аппарата. В этих живительных машинах высокоточные бесщеточные двигатели работают надежно и бесшумно.
CPAP: Аппараты CPCP решили проблему апноэ во сне у миллионов людей с изнурительными заболеваниями. Современные CPAP очень компактны и очень тихие, а некоторые CPAP работают от батареи. В основе CPAP лежит высокодинамичный вентилятор, обычно приводимый в действие бесщеточным двигателем постоянного тока.
То, что обычно называют хирургическим роботом, на самом деле следует называть хирургическим роботом. Потому что хирурги дистанционно управляют такими роботами для проведения операции. Такой подход снижает травматичность и делает пациента более комфортным.
Скорость работы хирургических роботов увеличивается на 25 процентов каждый год. Факты также доказывают, что хирургические роботы могут помочь снизить риски и осложнения, связанные с открытой хирургией, позволяя большему количеству пациентов пользоваться преимуществами минимально инвазивной хирургии. Хирургические роботы могут использовать меньшие хирургические инструменты и делать меньшие разрезы, чем хирурги.
Эти точные хирургические системы совершенствуют бескаркасные моментные двигатели различных диаметров, а также настраивают хирургические роботизированные решения для движения. Чтобы обеспечить более высокую производительность там, где это больше всего необходимо, инженеры-хирурги-робототехники обеспечивают более эффективные и долговечные операции и более прохладное оборудование благодаря гибкости и инновационным механическим конструкциям.
Искусственные конечности используются в различных ситуациях, таких как несчастные случаи, болезни, врожденные дефекты, военные ранения и т. д. Сегодня были разработаны бионические конечности человеческой мышечной, скелетной и нервной систем, которые становятся все более естественными в использовании, управляемыми модальностями двигательного контроля. .
Инженеры по управлению движением работали с разработчиками таких удивительных протезов, как Power-Knee и полнофункциональных протезов, использующих двигатель,
Хирургический ручной двигатель — это мощное устройство, но он должен быть небольшим, легким и эффективным, чего трудно достичь в большинстве конструкций двигателей. Крошечные бесщелевые и бесщеточные двигатели с прорезями могут приводить в действие этих роботов. Эти двигатели соответствуют промышленным хирургическим требованиям, а зачастую и превышают их, обеспечивая точность и эффективность на скоростях до 100000об/мин и выше.
серводвигатель
Слово «сервопривод» происходит от греческого слова «раб». «Серводвигатель» можно понимать как двигатель, который полностью подчиняется команде управляющего сигнала: до отправки управляющего сигнала ротор неподвижен; при подаче управляющего сигнала ротор вращается сразу; когда управляющий сигнал исчезает, ротор может немедленно остановиться.
Серводвигатели - это микродвигатели, используемые в качестве исполнительных механизмов в устройствах автоматического управления, и их функция заключается в преобразовании электрических сигналов в угловое смещение или угловую скорость вращающегося вала. Серводвигатели, также известные как исполнительные двигатели, используются в качестве исполнительных элементов в системах автоматического управления для преобразования полученных электрических сигналов в угловое смещение или выходную угловую скорость на валу двигателя.
Классификация серводвигателей
Серводвигатели делятся на две категории: сервоприводы переменного тока и сервоприводы постоянного тока.
Базовая конструкция серводвигателя переменного тока аналогична конструкции асинхронного двигателя переменного тока (асинхронного двигателя). На статоре имеются две обмотки возбуждения Wf и обмотки управления WcoWf со смещением фазового пространства на 90 градусов, которые подключены к постоянному переменному напряжению, а переменное напряжение или изменение фазы, подаваемое на Wc, используется для управления работой двигателя. . Серводвигатели переменного тока обладают характеристиками стабильной работы, хорошей управляемостью, быстрым откликом, высокой чувствительностью и строгой нелинейностью показателей механических характеристик и характеристик регулировки (требуется менее 10 процентов до 15 процентов и менее 15 процентов до 25 процентов соответственно ).
Преимущества и недостатки серводвигателей постоянного тока.
Достоинства: Точное регулирование скорости, очень жесткая характеристика крутящий момент-скорость, простой принцип управления, простота в использовании и дешевизна.
Недостатки: коммутация щеток, ограничение скорости, дополнительное сопротивление, образование частиц износа (не подходит для беспыльных и взрывоопасных сред).
Базовая конструкция серводвигателя постоянного тока аналогична конструкции обычного двигателя постоянного тока. Скорость двигателя n=E/K1j=(Ua-IaRa)/K1j, где E — противоэлектродвижущая сила якоря, K — постоянная, j — магнитный поток на полюс, Ua, Ia — напряжение якоря и ток якоря, Ra — сопротивление якоря, изменение Ua или изменение φ может управлять скоростью серводвигателя постоянного тока, но обычно используется метод управления напряжением якоря. В серводвигателе постоянного тока с постоянными магнитами обмотка возбуждения заменена постоянным магнитом, а магнитный поток φ постоянен. . Серводвигатель постоянного тока имеет хорошие характеристики линейной регулировки и быстрое время отклика.
Преимущества и недостатки серводвигателей переменного тока
Достоинства: хорошие характеристики регулирования скорости, плавное регулирование во всем диапазоне скоростей, практически полное отсутствие колебаний, высокий КПД более 90 процентов, меньшее тепловыделение, быстродействие регулирования, высокоточное регулирование положения (в зависимости от точности энкодера), номинальные эксплуатационные характеристики области Он может обеспечить постоянный крутящий момент, низкую инерцию, низкий уровень шума, отсутствие износа щеток и отсутствие обслуживания (подходит для беспыльных и взрывоопасных сред).
Недостатки: Управление более сложное, параметры привода необходимо настраивать на месте для определения параметров ПИД-регулятора, требуется больше подключений.
Серводвигатели постоянного тока делятся на щеточные и бесщеточные.
Коллекторный двигатель имеет низкую стоимость, простую конструкцию, большой пусковой крутящий момент, широкий диапазон регулирования скорости, простое управление и требует технического обслуживания, но он прост в обслуживании (замена угольных щеток), создает электромагнитные помехи, имеет требования к среде использования, и обычно используется для чувствительных к стоимости общепромышленных и гражданских мероприятий.
Бесщеточный двигатель имеет небольшие размеры, легкий вес, большую мощность и быстрый отклик, высокую скорость, малую инерцию, стабильный крутящий момент и плавное вращение, сложный в управлении, интеллектуальный, гибкий в электронной коммутации, может коммутироваться. прямоугольной или синусоидальной волной, не требующий обслуживания двигатель, высокая эффективность и энергосбережение, небольшое электромагнитное излучение, низкое повышение температуры и длительный срок службы, подходит для различных сред.
Серводвигатель переменного тока также является бесщеточным двигателем, который делится на синхронный и асинхронный двигатели. В настоящее время синхронные двигатели обычно используются для управления движением. Диапазон мощности большой, мощность может быть большой, инерция большая, максимальная скорость низкая, а скорость увеличивается с увеличением мощности. Спуск с постоянной скоростью, подходящий для медленных и стабильных случаев бега
Ротор внутри серводвигателя представляет собой постоянный магнит. Драйвер управляет трехфазным электричеством U/V/W для формирования электромагнитного поля. Ротор вращается под действием этого магнитного поля. В то же время энкодер, который идет в комплекте с двигателем, передает сигнал обратной связи на драйвер. Значения сравниваются для регулировки угла поворота ротора. Точность серводвигателя определяется точностью (количеством строк) энкодера.
Q
В чем разница в производительности серводвигателей переменного тока и бесщеточных серводвигателей постоянного тока?
A
Производительность серводвигателя переменного тока лучше, потому что сервопривод переменного тока управляется синусоидальной волной, а пульсация крутящего момента мала; в то время как бесщеточный сервопривод постоянного тока управляется трапециевидной волной. Но бесщеточный сервопривод постоянного тока относительно прост и дешев.
Быстрое развитие технологии сервоприводов переменного тока с постоянными магнитами приводит к тому, что сервосистема постоянного тока сталкивается с кризисом ликвидации[/p][p=30,2,left]С 1980-х годов, с развитием интегральных схем, силовой электроники Технология и приводы переменного тока с регулируемой скоростью С развитием технологий технология сервоприводов переменного тока с постоянными магнитами достигла выдающегося развития, и известные производители электротехники в разных странах последовательно запускают новые серии серводвигателей переменного тока и сервоприводов. Сервосистема переменного тока стала основным направлением развития современной высокопроизводительной сервосистемы, из-за чего сервосистема постоянного тока сталкивается с кризисом ликвидации.
По сравнению с серводвигателем постоянного тока, серводвигатель переменного тока с постоянными магнитами имеет следующие основные преимущества:
(1) Без щеток и коммутаторов работа более надежна и не требует обслуживания.
(2) Значительно снижается нагрев обмотки статора.
(3) Инерция мала, и система имеет хороший быстрый отклик.
⑷ Рабочие условия на высоких скоростях и высоком крутящем моменте хорошие.
⑸ Небольшой размер и малый вес при той же мощности.
