Chirurgische Roboter, angetriebene Prothesen und Exoskelette verwenden alle Motoren, um die menschlichen Fähigkeiten zu erweitern und zu verbessern und gleichzeitig die Gesundheitsbranche voranzubringen. Diese fortschrittlichen Medizinprodukte sind teilweise dank der fortschrittlichen Technologien, die zur Bereitstellung von Medizinmotoren und elektronischen Antrieben verwendet werden, Realität geworden.
Im Folgenden sind die fünf Haupttypen von medizinischen Motoren und Antrieben aufgeführt, die das Leben und die Gesundheit der Menschen verbessern.
Getriebemotoren helfen Menschen im Rollstuhl, die Freiheit zu genießen und normal auf der Straße zu „laufen“. Nehmen Sie den einzigartigen All-Terrain-Rollstuhl, der anstelle von Rädern mehrere Schienen verwendet, die alle von Getriebemotoren angetrieben werden. Er kann Felder, Wälder und sogar kleine Bäche durchqueren. Dies eröffnet eine Reihe von Offroad-Mobilitätslösungen.
Der rechtwinklige Getriebemotor RAD36 treibt den Bahnstuhl an. Es ermöglicht einem Raupenrollstuhl, Lasten von 350 lb zu erreichen, Geschwindigkeiten von bis zu 5 mph zu erreichen und Hänge, Mulden, Schotterstraßen und andere spezielle Straßenbedingungen zu überqueren.
Medizinische Motoren sind wichtig für die Pumpen, die in vielen modernen medizinischen Geräten verwendet werden, da sie Kühlleistung bereitstellen und Flüssigkeiten, Gase und Arzneimittel genau dosieren.
CT-Scanner: Computertomographen ermöglichen schnelles, hochauflösendes Scannen und dreidimensionale Abbildungen des Inneren des menschlichen Körpers. Viele CT-Scanner erfordern die Verwendung von Zentrifugalpumpen, um Kühlmittel zu zirkulieren, um die Temperatur des Röntgensystems des Scanners aufrechtzuerhalten. Typischerweise treibt ein bürstenloser Gleichstrommotor mit integriertem Antrieb die Pumpe zuverlässig an.
Dialyse: Ein Hämodialysesystem erfordert eine zuverlässige peristaltische Pumpe, um das Blut des Patienten und die Dialyse genau durch den Dialysator der Maschine zu bewegen. In diesen lebensspendenden Maschinen arbeiten hochpräzise bürstenlose Motoren zuverlässig und leise.
CPAP: CPCP-Geräte haben das Problem der Schlafapnoe bei Millionen von Menschen mit schwächenden Krankheiten gelöst. Moderne CPAPs sind sehr kompakt und sehr leise, und einige CPAPs sind batteriebetrieben. Das Herzstück des CPAP ist ein hochdynamisches Gebläse, das normalerweise von einem bürstenlosen Gleichstrommotor angetrieben wird.
Was üblicherweise als Operationsroboter bezeichnet wird, sollte eigentlich als chirurgisch assistierter Operationsroboter bezeichnet werden. Weil Chirurgen solche Roboter fernsteuern, um Operationen durchzuführen. Dieser Ansatz reduziert das Trauma und sorgt für mehr Komfort für den Patienten.
Die Arbeitsgeschwindigkeit von Operationsrobotern steigt jedes Jahr um 25 Prozent. Die Fakten haben auch bewiesen, dass chirurgische Roboter dazu beitragen können, die Risiken und Komplikationen im Zusammenhang mit offenen Operationen zu reduzieren, sodass mehr Patienten die Vorteile der minimalinvasiven Chirurgie genießen können. Chirurgische Roboter können kleinere chirurgische Instrumente verwenden und kleinere Einschnitte vornehmen als Chirurgen.
Diese präzisen chirurgischen Systeme bringen rahmenlose Torquemotoren mit verschiedenen Durchmessern sowie die kundenspezifische Anpassung von chirurgischen Roboterbewegungslösungen voran. Um eine höhere Leistung dort zu erzielen, wo sie am dringendsten benötigt wird, ermöglichen Ingenieure der chirurgischen Robotik effizientere, länger andauernde Operationen und kühlere Geräte durch Flexibilität und innovative mechanische Konstruktionen.
Künstliche Gliedmaßen werden in verschiedenen Situationen wie Unfällen, Krankheiten, Geburtsfehlern, Kriegsverletzungen usw. verwendet. Heute wurden bionische Gliedmaßen des menschlichen Muskel-, Skelett- und Nervensystems entwickelt, die zunehmend natürlich zu verwenden sind und von Modalitäten der Motorsteuerung bestimmt werden .
Motion-Control-Ingenieure haben mit Entwicklern solch erstaunlicher Prothesen zusammengearbeitet, wie dem Power-Knee und voll ausgestatteten Prothesen, die einen Motor verwenden.
Der chirurgische Handmotor ist ein Hochleistungsgerät, aber er muss klein, leicht und effizient sein – etwas, das bei den meisten Motorkonstruktionen schwer zu erreichen ist. Winzige schlitzlose und geschlitzte bürstenlose Motoren können diese Roboter antreiben. Diese Motoren erfüllen und übertreffen oft die Anforderungen der industriellen Chirurgie und liefern Präzision und Effizienz bei Geschwindigkeiten von bis zu 100 000U/min oder mehr
Servomotor
Das Wort „Servo“ kommt vom griechischen Wort für „Sklave“. „Servomotor“ kann als ein Motor verstanden werden, der dem Befehl des Steuersignals absolut gehorcht: bevor das Steuersignal gesendet wird, steht der Rotor; wenn das Steuersignal gesendet wird, dreht sich der Rotor sofort; Wenn das Steuersignal verschwindet, kann der Rotor sofort stoppen.
Servomotoren sind Mikromotoren, die als Stellglieder in automatischen Steuervorrichtungen verwendet werden, und ihre Funktion besteht darin, elektrische Signale in eine Winkelverschiebung oder Winkelgeschwindigkeit einer rotierenden Welle umzuwandeln. Servomotoren, auch als Exekutivmotoren bekannt, werden als Exekutivelemente in automatischen Steuersystemen verwendet, um empfangene elektrische Signale in eine Winkelverschiebung oder eine Winkelgeschwindigkeitsausgabe an der Motorwelle umzuwandeln.
Klassifizierung von Servomotoren
Servomotoren werden in zwei Kategorien unterteilt: AC-Servo und DC-Servo.
Der grundlegende Aufbau eines AC-Servomotors ähnelt dem eines AC-Induktionsmotors (Asynchronmotor). Es gibt zwei Erregerwicklungen Wf und Steuerwicklungen WcoWf mit einer Phasenraumverschiebung von 90 Grad auf dem Stator, die mit einer konstanten Wechselspannung verbunden sind, und die an Wc angelegte Wechselspannung oder Phasenänderung wird verwendet, um den Betrieb des Motors zu steuern . AC-Servomotoren haben die Eigenschaften eines stabilen Betriebs, einer guten Steuerbarkeit, einer schnellen Reaktion, einer hohen Empfindlichkeit und strenger Nichtlinearitätsindikatoren für mechanische Eigenschaften und Anpassungseigenschaften (erforderlich weniger als 10 Prozent bis 15 Prozent bzw. weniger als 15 Prozent bis 25 Prozent). ).
Vor- und Nachteile von DC-Servomotoren
Vorteile: Präzise Drehzahlregelung, sehr harte Drehmoment-Drehzahl-Charakteristik, einfaches Regelprinzip, einfach zu bedienen und günstig.
Nachteile: Bürstenkommutierung, Geschwindigkeitsbegrenzung, zusätzlicher Widerstand, Erzeugung von Verschleißpartikeln (nicht geeignet für staubfreie und explosionsgefährdete Umgebungen).
Der grundlegende Aufbau eines DC-Servomotors ähnelt dem eines allgemeinen DC-Motors. Motordrehzahl n=E/K1j=(Ua-IaRa)/K1j, wobei E die elektromotorische Gegenkraft des Ankers, K eine Konstante, j der magnetische Fluss pro Pol, Ua, Ia die Ankerspannung und Ankerstrom, Ra ist Ankerwiderstand, Änderung von Ua oder Änderung von φ kann die Geschwindigkeit des DC-Servomotors steuern, aber das Verfahren zur Steuerung der Ankerspannung wird im Allgemeinen verwendet. Beim Permanentmagnet-DC-Servomotor ist die Erregerwicklung durch einen Permanentmagneten ersetzt, und der Magnetfluss φ ist konstant. . Der DC-Servomotor hat gute lineare Einstelleigenschaften und schnelles Zeitverhalten.
Vor- und Nachteile von AC-Servomotoren
Vorteile: gute Drehzahlregeleigenschaften, gleichmäßige Regelung im gesamten Drehzahlbereich, nahezu kein Schwingen, hoher Wirkungsgrad von über 90 Prozent, geringe Wärmeentwicklung, schnelle Regelung, hochpräzise Lageregelung (abhängig von Gebergenauigkeit), Nennbetrieb Bereich Es kann ein konstantes Drehmoment, geringe Trägheit, geringe Geräuschentwicklung, keinen Bürstenverschleiß und wartungsfrei erreichen (geeignet für staubfreie und explosionsgefährdete Umgebungen).
Nachteile: Die Regelung ist komplizierter, die Antriebsparameter müssen vor Ort angepasst werden, um die PID-Parameter zu ermitteln, und es werden mehr Verbindungen benötigt.
DC-Servomotoren werden in bürstenbehaftete und bürstenlose Motoren unterteilt.
Der Bürstenmotor hat niedrige Kosten, eine einfache Struktur, ein großes Anlaufdrehmoment, einen großen Drehzahlregelbereich, eine einfache Steuerung und erfordert Wartung, ist jedoch leicht zu warten (Austausch von Kohlebürsten), erzeugt elektromagnetische Störungen und hat Anforderungen an die Verwendungsumgebung. und wird in der Regel für kostensensible allgemeine industrielle und zivile Anlässe verwendet.
Der bürstenlose Motor ist klein, leicht, groß in der Leistung und reaktionsschnell, hoch in der Geschwindigkeit, klein im Trägheitsmoment, stabil im Drehmoment und gleichmäßig in der Rotation, komplex in der Steuerung, intelligent, flexibel in der elektronischen Kommutierung, kann kommutiert werden durch Rechteckwelle oder Sinuswelle, Motor wartungsfrei, hohe Effizienz und Energieeinsparung, geringe elektromagnetische Strahlung, geringer Temperaturanstieg und lange Lebensdauer, geeignet für verschiedene Umgebungen.
Der AC-Servomotor ist ebenfalls ein bürstenloser Motor, der in Synchron- und Asynchronmotoren unterteilt wird. Derzeit werden in der Bewegungssteuerung überwiegend Synchronmotoren eingesetzt. Der Leistungsbereich ist groß, die Leistung kann groß sein, die Trägheit ist groß, die Höchstgeschwindigkeit ist niedrig und die Geschwindigkeit steigt mit der Leistung. Abstieg mit gleichmäßiger Geschwindigkeit, geeignet für langsame und stabile Laufgelegenheiten
Der Rotor im Inneren des Servomotors ist ein Permanentmagnet. Der Treiber steuert die dreiphasige U/V/W-Elektrizität, um ein elektromagnetisches Feld zu bilden. Der Rotor dreht sich unter der Wirkung dieses Magnetfelds. Gleichzeitig übermittelt der mit dem Motor gelieferte Encoder das Feedback-Signal an den Treiber. Die Werte werden verglichen, um den Drehwinkel des Rotors einzustellen. Die Genauigkeit des Servomotors wird durch die Genauigkeit (Strichzahl) des Encoders bestimmt.
Q
Was ist der Leistungsunterschied zwischen AC-Servomotoren und bürstenlosen DC-Servomotoren?
A
Die Leistung des AC-Servomotors ist besser, da der AC-Servo durch eine Sinuswelle gesteuert wird und die Drehmomentwelligkeit gering ist; während der bürstenlose DC-Servo von einer Trapezwelle gesteuert wird. Aber die bürstenlose DC-Servosteuerung ist relativ einfach und billig.
Die rasante Entwicklung der Permanentmagnet-Wechselstrom-Servoantriebstechnik stellt das Gleichstrom-Servosystem vor die Krise der Verdrängung[/p][p=30,2,left]Seit den 1980er Jahren, mit der Entwicklung von integrierten Schaltkreisen, Leistungselektronik Technologie und AC-Antriebe mit variabler Drehzahl Mit der Entwicklung der Technologie hat die Permanentmagnet-AC-Servoantriebstechnologie eine herausragende Entwicklung erreicht, und berühmte Elektrohersteller in verschiedenen Ländern haben nacheinander neue Serien von AC-Servomotoren und Servoantrieben auf den Markt gebracht. Das AC-Servosystem ist zur Hauptentwicklungsrichtung des modernen Hochleistungs-Servosystems geworden, wodurch das DC-Servosystem vor der Krise steht, eliminiert zu werden.
Im Vergleich zum DC-Servomotor hat der Permanentmagnet-AC-Servomotor die folgenden Hauptvorteile:
(1) Ohne Bürsten und Kommutatoren ist der Betrieb zuverlässiger und wartungsfrei.
(2) Die Erwärmung der Statorwicklung wird stark reduziert.
(3) Die Trägheit ist gering und das System hat eine gute schnelle Reaktion.
⑷ Die Arbeitsbedingungen für hohe Geschwindigkeit und hohes Drehmoment sind gut.
⑸ Kleine Größe und geringes Gewicht bei gleicher Leistung.
