Хирургическите роботи, задвижваните протези и екзоскелетите използват двигатели за разширяване и подобряване на човешките способности, като същевременно напредват в здравната индустрия. Тези усъвършенствани медицински продукти са станали реалност отчасти благодарение на усъвършенстваните технологии, използвани за осигуряване на медицински двигатели и електронни задвижвания.
По-долу са петте основни вида медицински двигатели и задвижвания, които подобряват живота и здравето на хората.
Моторите-редуктори помагат на хората в инвалидни колички да се наслаждават на свободата и да „вървят“ нормално по пътя. Вземете уникалната инвалидна количка за всякакви терени, която използва множество вериги вместо колела, всички задвижвани от редукторни двигатели. Може да минава през полета, гори и дори малки потоци. Това отваря набор от решения за мобилност извън пътя.
Мотор с редуктор под прав ъгъл RAD36 задвижва пистовия стол. Тя позволява на верижна инвалидна количка да постига натоварване от 350 lb, скорост до 5 mph и да пресича склонове, вдлъбнатини, чакълени пътища и други специални пътни условия.
Медицинските двигатели са важни за помпите, използвани в много съвременни медицински устройства, осигурявайки капацитет за охлаждане и точно измерване на течности, газове и фармацевтични продукти.
CT скенер: Скенерите за компютърна томография осигуряват бързо сканиране с висока разделителна способност и триизмерно изображение на вътрешността на човешкото тяло. Много CT скенери изискват използването на центробежни помпи за циркулация на охлаждащата течност, за да се поддържа температурата на рентгеновата система на скенера. Обикновено безчетков DC мотор с интегрирано задвижване захранва помпата надеждно.
Диализа: Системата за хемодиализа изисква надеждна перисталтична помпа за прецизно придвижване на кръвта на пациента и диализата през диализатора на машината. В тези животворни машини високопрецизните безчеткови двигатели работят надеждно и тихо.
CPAP: CPCP машините са решили проблема със сънната апнея при милиони хора с инвалидизиращи заболявания. Съвременните CPAP са много компактни и много тихи, а някои CPAP се захранват от батерии. В сърцето на CPAP е силно динамичен вентилатор, обикновено задвижван от безчетков DC мотор.
Това, което обикновено се нарича хирургически робот, всъщност трябва да се нарича хирургично асистиран хирургичен робот. Тъй като хирурзите насочват дистанционно такива роботи за извършване на операция. Този подход намалява травмата и прави пациента по-удобен.
Работната скорост на хирургическите роботи се увеличава с 25 процента всяка година. Фактите също доказват, че хирургическите роботи могат да помогнат за намаляване на рисковете и усложненията, свързани с отворената хирургия, позволявайки на повече пациенти да се насладят на предимствата на минимално инвазивната хирургия. Хирургическите роботи могат да използват по-малки хирургически инструменти и да правят по-малки разрези от хирурзите.
Тези прецизни хирургически системи усъвършенстват безрамкови двигатели с въртящ момент с различни диаметри, както и персонализиране на хирургични решения за роботизирано движение. За да осигурят по-висока производителност там, където това е най-необходимо, инженерите по хирургична роботика позволяват по-ефективни, по-дълготрайни операции и по-хладно оборудване чрез гъвкавост и иновативни механични дизайни.
Изкуствените крайници се използват в различни ситуации като злополуки, болести, вродени дефекти, военни рани и т.н. Днес са разработени бионични крайници на човешкия мускул, скелет и нервна система, които са все по-естествени за използване, управлявани от модалностите на двигателния контрол .
Инженерите за контрол на движението работят с разработчици на такива невероятни протези, като Power-Knee и пълнофункционални протези, които използват двигател,
Хирургическият ръчен мотор е устройство с висока мощност, но трябва да бъде малък, лек и ефективен - нещо, което е трудно постижимо в повечето конструкции на двигатели. Малки двигатели без четки и без шлици могат да захранват тези роботи. Тези двигатели отговарят и често надхвърлят индустриалните хирургически изисквания, осигурявайки прецизност и ефективност при скорости до 100,000RPM или повече
серво мотор
Думата "серво" идва от гръцката дума за "роб". „Серво мотор“ може да се разбира като двигател, който абсолютно се подчинява на командата на управляващия сигнал: преди да бъде изпратен управляващият сигнал, роторът е неподвижен; когато се изпрати контролният сигнал, роторът се завърта незабавно; когато контролният сигнал изчезне, роторът може да спре незабавно.
Серво моторите са микромотори, използвани като задвижващи механизми в устройства за автоматично управление и тяхната функция е да преобразуват електрическите сигнали в ъглово изместване или ъглова скорост на въртящ се вал. Серво моторите, известни също като изпълнителни двигатели, се използват като изпълнителни елементи в автоматични системи за управление за преобразуване на получените електрически сигнали в ъглово изместване или изходна ъглова скорост на вала на двигателя.
Класификация на серводвигателите
Серво моторите са разделени на две категории: AC серво и DC серво.
Основната структура на AC серво мотор е подобна на тази на AC индукционен двигател (асинхронен двигател). Има две възбуждащи намотки Wf и управляващи намотки WcoWf с изместване на фазовото пространство от 90 градуса върху статора, които са свързани към постоянно променливотоково напрежение, а променливотоковото напрежение или фазовата промяна, приложени към Wc, се използват за управление на работата на двигателя . Серво моторите с променлив ток имат характеристиките на стабилна работа, добра управляемост, бърза реакция, висока чувствителност и строги индикатори за нелинейност на механичните характеристики и характеристиките на регулиране (необходими по-малко от 10 процента до 15 процента и по-малко от 15 процента до 25 процента, съответно ).
Предимства и недостатъци на DC серво мотори
Предимства: Прецизен контрол на скоростта, много твърди характеристики на въртящия момент и скоростта, прост принцип на управление, лесен за използване и евтин.
Недостатъци: комутация на четките, ограничение на скоростта, допълнително съпротивление, генериране на частици от износване (не е подходящо за безпрашни и експлозивни среди).
Основната структура на DC серво мотор е подобна на тази на обикновен DC двигател. Скорост на двигателя n=E/K1j=(Ua-IaRa)/K1j, където E е обратната електродвижеща сила на котвата, K е константа, j е магнитен поток на полюс, Ua, Ia са напрежението на котвата и ток на котвата, Ra е съпротивлението на котвата, промяната на Ua или промяната на φ може да контролира скоростта на DC сервомотора, но обикновено се използва методът за контролиране на напрежението на котвата. В DC серводвигателя с постоянен магнит възбуждащата намотка се заменя с постоянен магнит и магнитният поток φ е постоянен. . DC серво моторът има добри характеристики на линейно регулиране и бърза времева реакция.
Предимства и недостатъци на AC серво мотори
Предимства: добри характеристики за контрол на скоростта, плавен контрол в целия диапазон на скоростта, почти без колебания, висока ефективност от повече от 90 процента, по-малко генериране на топлина, високоскоростен контрол, високопрецизен контрол на позицията (в зависимост от точността на енкодера), номинална работа Може да постигне постоянен въртящ момент, ниска инерция, нисък шум, без износване на четки и без поддръжка (подходящ за безпрашни и експлозивни среди).
Недостатъци: Управлението е по-сложно, параметрите на задвижването трябва да се регулират на място, за да се определят PID параметрите и са необходими повече връзки.
DC серводвигателите се делят на мотори с четка и без четки.
Моторът с четка има ниска цена, проста структура, голям начален въртящ момент, широк обхват на регулиране на скоростта, лесен контрол и изисква поддръжка, но е лесен за поддръжка (подмяна на въглеродни четки), генерира електромагнитни смущения, има изисквания за работната среда, и обикновено се използва за чувствителни към разходите общи индустриални и граждански случаи.
Безчетковият двигател е с малък размер, леко тегло, голяма мощност и бърза реакция, висока скорост, малка инерция, стабилен въртящ момент и плавно въртене, сложен контрол, интелигентен, гъвкав в електронната комутация, може да се комутира чрез квадратна вълна или синусоида, двигател без поддръжка, висока ефективност и спестяване на енергия, малко електромагнитно излъчване, ниско покачване на температурата и дълъг живот, подходящи за различни среди.
AC серво моторът също е безчетков двигател, който се разделя на синхронни и асинхронни двигатели. Понастоящем синхронните двигатели обикновено се използват за управление на движението. Обхватът на мощността е голям, мощността може да бъде голяма, инерцията е голяма, максималната скорост е ниска и скоростта се увеличава с мощността. Спускане с еднаква скорост, подходящо за ниски скорости и стабилно движение
Роторът вътре в сервомотора е постоянен магнит. Драйверът управлява U/V/W трифазното електричество, за да формира електромагнитно поле. Роторът се върти под действието на това магнитно поле. В същото време енкодерът, който идва с мотора, предава сигнала за обратна връзка към водача. Стойностите се сравняват, за да се регулира ъгълът на въртене на ротора. Точността на серво мотора се определя от точността (броя линии) на енкодера.
Q
Каква е разликата в производителността между AC серво мотори и безчеткови DC серво мотори?
A
Производителността на AC серво мотора е по-добра, тъй като AC серво се управлява от синусоида и пулсацията на въртящия момент е малка; докато безчетковото DC серво се управлява от трапецовидна вълна. Но безчетковият DC серво контрол е относително прост и евтин.
Бързото развитие на технологията за променливотоково серво задвижване с постоянен магнит прави DC серво системата изправена пред кризата на елиминиране[/p][p=30,2,left]От 1980 г., с развитието на интегралните схеми, силовата електроника технология и променливотокови задвижвания с променлива скорост С развитието на технологията технологията за променливотокови серво задвижвания с постоянен магнит постигна изключително развитие и известни производители на електричество в различни страни последователно пуснаха нова серия променливотокови серво мотори и серво задвижвания. AC серво системата се превърна в основната посока на развитие на съвременната високопроизводителна серво система, което прави DC серво системата изправена пред кризата да бъде елиминирана.
В сравнение с DC серво мотора, AC серво моторът с постоянен магнит има следните основни предимства:
(1) Без четки и комутатори работата е по-надеждна и не изисква поддръжка.
(2) Нагряването на намотката на статора е значително намалено.
(3) Инерцията е малка и системата има добра бърза реакция.
⑷ Работното състояние с висока скорост и висок въртящ момент е добро.
⑸ Малък размер и леко тегло при същата мощност.
