Roboty chirurgiczne, zasilane protezy i egzoszkielety wykorzystują silniki do rozszerzania i zwiększania ludzkich możliwości, jednocześnie rozwijając branżę opieki zdrowotnej. Te zaawansowane produkty medyczne stały się rzeczywistością po części dzięki zaawansowanym technologiom wykorzystywanym do produkcji silników medycznych i napędów elektronicznych.
Poniżej znajduje się pięć głównych typów silników i napędów medycznych, które poprawiają życie i zdrowie ludzi.
Motoreduktory pomagają osobom na wózkach inwalidzkich cieszyć się wolnością i normalnie „chodzić” po drodze. Weźmy na przykład wyjątkowy, terenowy wózek inwalidzki, który wykorzystuje wiele gąsienic zamiast kół, wszystkie napędzane motoreduktorami. Może przechodzić przez pola, lasy, a nawet małe strumienie. Otwiera to szereg rozwiązań mobilności w terenie.
Motoreduktor kątowy RAD36 napędza wózek gąsienicowy. Umożliwia pełzającemu wózkowi inwalidzkiemu osiąganie obciążeń 350 funtów, prędkości do 5 mil na godzinę oraz pokonywanie wzniesień, zagłębień, dróg żwirowych i innych specjalnych warunków drogowych.
Silniki medyczne są ważne dla pomp stosowanych w wielu nowoczesnych urządzeniach medycznych, zapewniając wydajność chłodzenia i dokładne dozowanie płynów, gazów i farmaceutyków.
CT Scanner: Skanery tomografii komputerowej zapewniają szybkie skanowanie w wysokiej rozdzielczości i trójwymiarowe obrazowanie wnętrza ludzkiego ciała. Wiele skanerów CT wymaga użycia pomp odśrodkowych do cyrkulacji chłodziwa w celu utrzymania temperatury systemu rentgenowskiego skanera. Zazwyczaj bezszczotkowy silnik prądu stałego ze zintegrowanym napędem niezawodnie zasila pompę.
Dializa: System do hemodializy wymaga niezawodnej pompy perystaltycznej, aby dokładnie przenosić krew pacjenta i dializat przez dializator urządzenia. W tych życiodajnych maszynach precyzyjne silniki bezszczotkowe działają niezawodnie i cicho.
CPAP: Maszyny CPCP rozwiązały problem bezdechu sennego u milionów ludzi z wyniszczającymi chorobami. Nowoczesne CPAP są bardzo kompaktowe i bardzo ciche, a niektóre CPAP są zasilane bateryjnie. Sercem CPAP jest bardzo dynamiczna dmuchawa, zwykle napędzana bezszczotkowym silnikiem prądu stałego.
To, co zwykle nazywa się robotem chirurgicznym, powinno w rzeczywistości nazywać się robotem chirurgicznym wspomaganym chirurgicznie. Ponieważ chirurdzy zdalnie kierują takimi robotami do wykonania operacji. Takie podejście zmniejsza uraz i sprawia, że pacjent jest bardziej komfortowy.
Szybkość działania robotów chirurgicznych wzrasta o 25 procent każdego roku. Fakty dowiodły również, że roboty chirurgiczne mogą pomóc zmniejszyć ryzyko i komplikacje związane z chirurgią otwartą, umożliwiając większej liczbie pacjentów czerpanie korzyści z chirurgii minimalnie inwazyjnej. Roboty chirurgiczne mogą używać mniejszych narzędzi chirurgicznych i wykonywać mniejsze nacięcia niż chirurdzy.
Te precyzyjne systemy chirurgiczne zapewniają bezramowe silniki momentowe o różnych średnicach, a także umożliwiają dostosowywanie chirurgicznych rozwiązań ruchu robotów. Aby zapewnić wyższą wydajność tam, gdzie jest ona najbardziej potrzebna, inżynierowie zajmujący się robotyką chirurgiczną umożliwiają wydajniejsze, trwalsze operacje i chłodniejszy sprzęt dzięki elastyczności i innowacyjnym projektom mechanicznym.
Sztuczne kończyny są używane w różnych sytuacjach, takich jak wypadki, choroby, wady wrodzone, rany wojenne itp. Obecnie opracowano bioniczne kończyny ludzkich mięśni, układu kostnego i nerwowego, które są coraz bardziej naturalne w użyciu, rządzone są modalnościami kontroli motorycznej .
Inżynierowie kontroli ruchu pracowali z twórcami tak niesamowitych protez, takich jak Power-Knee i w pełni funkcjonalnych protez wykorzystujących silnik,
Ręczny silnik chirurgiczny jest urządzeniem o dużej mocy, ale musi być mały, lekki i wydajny – co jest trudne do osiągnięcia w większości konstrukcji silników. Małe bezszczelinowe i szczelinowe bezszczotkowe silniki mogą zasilać te roboty. Silniki te spełniają, a często przewyższają przemysłowe wymagania chirurgiczne, zapewniając precyzję i wydajność przy prędkościach do 100,000obr/min lub więcej
siłownik
Słowo „serwo” pochodzi od greckiego słowa oznaczającego „niewolnik”. „Servosilnik” można rozumieć jako silnik, który absolutnie przestrzega polecenia sygnału sterującego: przed wysłaniem sygnału sterującego wirnik jest nieruchomy; po wysłaniu sygnału sterującego wirnik obraca się natychmiast; gdy sygnał sterujący zniknie, wirnik może natychmiast się zatrzymać.
Serwosilniki to mikrosilniki stosowane jako siłowniki w automatyce sterującej, a ich zadaniem jest zamiana sygnałów elektrycznych na przemieszczenie kątowe lub prędkość kątową obracającego się wału. Silniki serwo, zwane również silnikami wykonawczymi, są wykorzystywane jako elementy wykonawcze w układach automatycznego sterowania do przetwarzania odbieranych sygnałów elektrycznych na wyjściową wartość przemieszczenia kątowego lub prędkości kątowej na wale silnika.
Klasyfikacja serwosilników
Serwosilniki dzielą się na dwie kategorie: serwo AC i serwo DC.
Podstawowa struktura serwosilnika prądu przemiennego jest podobna do konstrukcji silnika indukcyjnego prądu przemiennego (silnika asynchronicznego). Istnieją dwa uzwojenia wzbudzenia Wf i uzwojenia sterujące WcoWf z przesunięciem przestrzeni fazowej 90 stopni na stojanie, które są podłączone do stałego napięcia AC, a napięcie AC lub zmiana fazy przyłożone do Wc służy do sterowania pracą silnika . Serwosilniki prądu przemiennego charakteryzują się stabilną pracą, dobrą sterowalnością, szybką reakcją, wysoką czułością i ścisłymi wskaźnikami nieliniowości charakterystyk mechanicznych i charakterystyk regulacji (wymagane odpowiednio mniej niż 10 do 15 procent i mniej niż 15 do 25 procent). ).
Zalety i wady serwosilników prądu stałego
Zalety: Dokładna regulacja prędkości, bardzo twarda charakterystyka momentu obrotowego i prędkości, prosta zasada sterowania, łatwa w użyciu i tania.
Wady: komutacja szczotek, ograniczenie prędkości, dodatkowy opór, generowanie cząstek zużycia (nie nadaje się do środowisk bezpyłowych i wybuchowych).
Podstawowa struktura serwosilnika prądu stałego jest podobna do ogólnego silnika prądu stałego. Prędkość silnika n=E/K1j=(Ua-IaRa)/K1j, gdzie E to siła elektromotoryczna twornika, K jest stała, j to strumień magnetyczny na biegun, Ua, Ia to napięcie twornika i prąd twornika, Ra jest rezystancją twornika, zmiana Ua lub zmiana φ może kontrolować prędkość serwonapędu prądu stałego, ale ogólnie stosuje się metodę kontrolowania napięcia twornika. W serwosilniku prądu stałego z magnesem trwałym uzwojenie wzbudzenia jest zastąpione magnesem trwałym, a strumień magnetyczny φ jest stały. . Serwosilnik prądu stałego ma dobrą liniową charakterystykę regulacji i szybką reakcję czasową.
Zalety i wady serwosilników prądu przemiennego
Zalety: dobra charakterystyka regulacji prędkości, płynna regulacja w całym zakresie prędkości, prawie brak oscylacji, wysoka sprawność ponad 90 procent, mniejsze wytwarzanie ciepła, szybkie sterowanie, precyzyjna kontrola położenia (w zależności od dokładności enkodera), praca znamionowa obszar Może osiągnąć stały moment obrotowy, niską bezwładność, niski poziom hałasu, brak zużycia szczotek i bezobsługowość (nadaje się do środowisk bezpyłowych i wybuchowych).
Wady: Sterowanie jest bardziej skomplikowane, parametry napędu muszą być wyregulowane na miejscu w celu określenia parametrów PID i potrzeba więcej połączeń.
Serwosilniki prądu stałego dzielą się na silniki szczotkowe i bezszczotkowe.
Silnik szczotkowy ma niski koszt, prostą konstrukcję, duży moment rozruchowy, szeroki zakres regulacji prędkości, łatwą kontrolę i wymaga konserwacji, ale jest łatwy w utrzymaniu (wymiana szczotek węglowych), generuje zakłócenia elektromagnetyczne, ma wymagania dotyczące środowiska użytkowania, i jest zwykle używany w przypadku wrażliwych kosztowo ogólnych wydarzeń przemysłowych i cywilnych.
Silnik bezszczotkowy jest mały, lekki, ma dużą moc wyjściową i szybką reakcję, ma dużą prędkość, małą bezwładność, stabilny moment obrotowy i płynny obrót, złożony w sterowaniu, inteligentny, elastyczny w komutacji elektronicznej, może być komutowany przez falę prostokątną lub sinusoidalną, bezobsługowy silnik, wysoką wydajność i oszczędność energii, małe promieniowanie elektromagnetyczne, niski wzrost temperatury i długą żywotność, odpowiednie do różnych środowisk.
Serwosilnik prądu przemiennego to również silnik bezszczotkowy, który dzieli się na silniki synchroniczne i asynchroniczne. Obecnie w sterowaniu ruchem powszechnie stosuje się silniki synchroniczne. Zakres mocy jest duży, moc może być duża, bezwładność jest duża, maksymalna prędkość jest niska, a prędkość wzrasta wraz z mocą. Opadanie z jednostajną prędkością, odpowiednią do niskich prędkości i stabilnych okazji do biegania
Wirnik wewnątrz serwomotoru jest magnesem trwałym. Sterownik kontroluje trójfazową energię elektryczną U/V/W, tworząc pole elektromagnetyczne. Wirnik obraca się pod wpływem tego pola magnetycznego. W tym samym czasie enkoder dołączony do silnika przesyła sygnał zwrotny do sterownika. Wartości są porównywane w celu dostosowania kąta obrotu wirnika. Dokładność serwomotoru zależy od dokładności (liczby linii) enkodera.
Q
Jaka jest różnica w wydajności między serwosilnikami prądu przemiennego a bezszczotkowymi serwosilnikami prądu stałego?
A
Wydajność serwosilnika AC jest lepsza, ponieważ serwo AC jest kontrolowane przez falę sinusoidalną, a tętnienie momentu obrotowego jest niewielkie; podczas gdy bezszczotkowy serwo DC jest sterowany falą trapezową. Ale bezszczotkowe sterowanie serwo DC jest stosunkowo proste i tanie.
Szybki rozwój technologii serwonapędów prądu przemiennego z magnesami trwałymi sprawia, że serwonapędy prądu stałego stają w obliczu kryzysu wyeliminowania[/p][p=30,2,po lewej]Od lat 80. XX wieku wraz z rozwojem układów scalonych technologia i napędy AC o zmiennej prędkości Wraz z rozwojem technologii, technologia serwonapędów AC z magnesami trwałymi osiągnęła wyjątkowy rozwój, a znani producenci urządzeń elektrycznych w różnych krajach sukcesywnie wprowadzali na rynek nową serię serwosilników AC i serwonapędów. System serwo AC stał się głównym kierunkiem rozwoju współczesnego wysokowydajnego systemu serwo, co sprawia, że system serwo DC staje w obliczu kryzysu wyeliminowania.
W porównaniu z serwosilnikiem prądu stałego, serwomotor prądu przemiennego z magnesami trwałymi ma następujące główne zalety:
(1) Bez szczotek i komutatorów praca jest bardziej niezawodna i bezobsługowa.
(2) Nagrzewanie się uzwojenia stojana jest znacznie zmniejszone.
(3) bezwładność jest niewielka, a system ma dobrą szybką reakcję.
Warunki pracy przy dużych prędkościach i wysokim momencie obrotowym są dobre.
⑸ Mały rozmiar i niewielka waga przy tej samej mocy.
