Robot phẫu thuật, chân tay giả được hỗ trợ và bộ xương ngoài đều sử dụng động cơ để mở rộng và nâng cao khả năng của con người, đồng thời thúc đẩy ngành công nghiệp chăm sóc sức khỏe. Những sản phẩm y tế tiên tiến này đã trở thành hiện thực một phần nhờ vào các công nghệ tiên tiến được sử dụng để cung cấp động cơ y tế và bộ truyền động điện tử.
Dưới đây là năm loại động cơ và bộ truyền động y tế chính giúp cải thiện cuộc sống và sức khỏe của con người.
Động cơ giảm tốc giúp những người ngồi trên xe lăn được tự do và “đi bộ” trên đường một cách bình thường. Đi xe lăn mọi địa hình độc đáo, sử dụng nhiều đường ray thay vì bánh xe, tất cả đều được điều khiển bằng động cơ giảm tốc. Nó có thể đi qua các cánh đồng, khu rừng và thậm chí cả những con suối nhỏ. Điều này mở ra một loạt các giải pháp di chuyển trên đường địa hình.
Động cơ giảm tốc góc phải RAD36 dẫn động ghế theo dõi. Nó cho phép một chiếc xe lăn bánh xích đạt được tải trọng 350 lb, tốc độ lên đến 5 dặm / giờ và đi qua các dốc, hốc, đường cấp phối và các điều kiện đường đặc biệt khác.
Động cơ y tế rất quan trọng đối với máy bơm được sử dụng trong nhiều thiết bị y tế hiện đại, cung cấp khả năng làm mát và đo lường chính xác chất lỏng, khí và dược phẩm.
CT Scanner: Máy quét cắt lớp vi tính cung cấp khả năng quét nhanh, độ phân giải cao và hình ảnh ba chiều bên trong cơ thể con người. Nhiều máy quét CT yêu cầu sử dụng bơm ly tâm để tuần hoàn chất làm mát nhằm duy trì nhiệt độ của hệ thống X-quang của máy quét. Thông thường, động cơ DC không chổi than với bộ truyền động tích hợp cung cấp năng lượng cho máy bơm một cách đáng tin cậy.
Lọc máu: Hệ thống chạy thận nhân tạo yêu cầu một máy bơm nhu động đáng tin cậy để di chuyển chính xác máu và dịch lọc của bệnh nhân qua bộ lọc của máy. Trong những cỗ máy mang lại sự sống này, động cơ không chổi than có độ chính xác cao hoạt động một cách đáng tin cậy và yên tĩnh.
CPAP: Máy CPCP đã giải quyết được vấn đề ngưng thở khi ngủ ở hàng triệu người mắc bệnh suy nhược. CPAP hiện đại rất nhỏ gọn và rất yên tĩnh, và một số CPAP chạy bằng pin. Trung tâm của CPAP là một máy thổi năng động cao, thường được cung cấp bởi động cơ DC không chổi than.
Những gì thường được gọi là rô bốt phẫu thuật thực sự nên được gọi là rô bốt phẫu thuật hỗ trợ phẫu thuật. Bởi vì các bác sĩ phẫu thuật đang hướng dẫn từ xa các robot như vậy để thực hiện phẫu thuật. Cách làm này làm giảm chấn thương và giúp bệnh nhân thoải mái hơn.
Tốc độ hoạt động của robot phẫu thuật đang tăng 25 phần trăm mỗi năm. Thực tế cũng đã chứng minh rằng robot phẫu thuật có thể giúp giảm rủi ro và biến chứng liên quan đến phẫu thuật mở, cho phép nhiều bệnh nhân hơn được hưởng lợi ích của phẫu thuật xâm lấn tối thiểu. Robot phẫu thuật có thể sử dụng các dụng cụ phẫu thuật nhỏ hơn và tạo vết mổ nhỏ hơn so với bác sĩ phẫu thuật.
Các hệ thống phẫu thuật chính xác này cải tiến động cơ mô-men xoắn không khung với nhiều đường kính khác nhau, cũng như tùy chỉnh các giải pháp chuyển động robot phẫu thuật. Để mang lại hiệu suất cao hơn ở những nơi cần thiết nhất, các kỹ sư robot phẫu thuật cho phép phẫu thuật hiệu quả hơn, kéo dài hơn và thiết bị mát hơn nhờ tính linh hoạt, thiết kế cơ khí sáng tạo.
Chân tay nhân tạo được sử dụng trong nhiều trường hợp khác nhau như tai nạn, bệnh tật, dị tật bẩm sinh, vết thương chiến tranh, v.v. Ngày nay, chân tay sinh học của hệ thống cơ, xương và thần kinh của con người đã được phát triển để sử dụng ngày càng tự nhiên, được điều chỉnh bởi các phương thức điều khiển vận động .
Các kỹ sư điều khiển chuyển động đã làm việc với các nhà phát triển các bộ phận giả tuyệt vời như vậy, chẳng hạn như Power-Knee và các bộ phận giả đầy đủ tính năng sử dụng động cơ,
Động cơ tay phẫu thuật là một thiết bị công suất cao, nhưng nó cần phải nhỏ, nhẹ và hiệu quả - điều khó đạt được trong hầu hết các thiết kế động cơ. Động cơ không chổi than và không có rãnh nhỏ xíu có thể cung cấp năng lượng cho những robot này. Những động cơ này đáp ứng và thường vượt quá các yêu cầu phẫu thuật công nghiệp, mang lại độ chính xác và hiệu quả ở tốc độ lên đến 100, 000 RPM hoặc hơn
động cơ servo
Từ "servo" bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là "nô lệ". “Động cơ servo” có thể hiểu là động cơ tuyệt đối tuân theo lệnh của tín hiệu điều khiển: trước khi tín hiệu điều khiển được gửi đi, rôto đứng yên; khi tín hiệu điều khiển được gửi đi, rôto quay ngay lập tức; khi tín hiệu điều khiển biến mất, rôto có thể dừng ngay lập tức.
Động cơ servo là động cơ siêu nhỏ được sử dụng như bộ truyền động trong các thiết bị điều khiển tự động, và chức năng của chúng là chuyển đổi tín hiệu điện thành dịch chuyển góc hoặc vận tốc góc của trục quay. Động cơ servo, còn được gọi là động cơ điều hành, được sử dụng như phần tử điều hành trong hệ thống điều khiển tự động để chuyển đổi tín hiệu điện nhận được thành đầu ra dịch chuyển góc hoặc vận tốc góc trên trục động cơ.
Phân loại động cơ Servo
Động cơ servo được chia thành hai loại: AC servo và DC servo.
Cấu trúc cơ bản của động cơ AC servo tương tự như cấu trúc của động cơ cảm ứng AC (động cơ không đồng bộ). Có hai cuộn dây kích từ Wf và cuộn dây điều khiển WcoWf với độ lệch pha 90 độ trên stato, được nối với điện áp xoay chiều không đổi và điện áp xoay chiều hoặc thay đổi pha đặt vào Wc được sử dụng để điều khiển hoạt động của động cơ . Động cơ servo AC có các đặc điểm hoạt động ổn định, khả năng điều khiển tốt, phản hồi nhanh, độ nhạy cao và các chỉ số không tuyến tính nghiêm ngặt về đặc tính cơ học và đặc tính điều chỉnh (yêu cầu tương ứng dưới 10% đến 15% và dưới 15% đến 25% ).
Ưu điểm và nhược điểm của động cơ servo DC
Ưu điểm: Điều khiển tốc độ chính xác, đặc tính tốc độ momen xoắn rất cứng, nguyên lý điều khiển đơn giản, dễ sử dụng và giá thành rẻ.
Nhược điểm: chuyển hướng chổi than, giới hạn tốc độ, lực cản bổ sung, sinh hạt mài mòn (không thích hợp với môi trường dễ cháy nổ).
Cấu trúc cơ bản của động cơ servo DC tương tự như cấu trúc của động cơ DC thông thường. Tốc độ động cơ n=E / K1j=(Ua-IaRa) / K1j, trong đó E là suất điện động trở lại phần ứng, K là hằng số, j là từ thông trên mỗi cực, Ua, Ia là điện áp phần ứng và Dòng điện phần ứng, Ra là Điện trở phần ứng, thay đổi Ua hoặc thay đổi φ có thể điều khiển tốc độ của động cơ servo DC, nhưng phương pháp điều khiển điện áp phần ứng thường được sử dụng. Trong động cơ servo DC nam châm vĩnh cửu, cuộn dây kích từ được thay thế bằng nam châm vĩnh cửu và từ thông φ là không đổi. . Động cơ servo DC có đặc tính điều chỉnh tuyến tính tốt và đáp ứng thời gian nhanh.
Ưu điểm và nhược điểm của động cơ AC servo
Ưu điểm: đặc tính điều khiển tốc độ tốt, điều khiển trơn tru trong toàn bộ dải tốc độ, hầu như không dao động, hiệu suất cao hơn 90%, ít sinh nhiệt, điều khiển tốc độ cao, điều khiển vị trí chính xác cao (tùy thuộc vào độ chính xác của bộ mã hóa), hoạt động được đánh giá khu vực Nó có thể đạt được mô-men xoắn không đổi, quán tính thấp, tiếng ồn thấp, không mài mòn chổi than và không cần bảo dưỡng (thích hợp cho môi trường không có bụi và cháy nổ).
Nhược điểm: Việc điều khiển phức tạp hơn, các thông số truyền động cần được điều chỉnh tại chỗ để xác định thông số PID, và cần nhiều kết nối hơn.
Động cơ servo DC được chia thành động cơ có chổi than và không chổi than.
Động cơ có chổi than có giá thành thấp, cấu trúc đơn giản, mômen khởi động lớn, dải điều chỉnh tốc độ rộng, dễ điều khiển và yêu cầu bảo trì, nhưng dễ bảo trì (thay chổi than), tạo ra nhiễu điện từ, có các yêu cầu đối với môi trường sử dụng, và thường được sử dụng cho các dịp công nghiệp và dân dụng nói chung nhạy cảm về chi phí.
Động cơ không chổi than có kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, công suất lớn và phản ứng nhanh, tốc độ cao, quán tính nhỏ, ổn định về mô-men xoắn và quay mượt mà, phức tạp trong điều khiển, thông minh, linh hoạt trong chuyển mạch điện tử, có thể chuyển mạch bằng sóng vuông hoặc sóng sin, động cơ không cần bảo trì, hiệu suất cao và tiết kiệm năng lượng, Bức xạ điện từ nhỏ, nhiệt độ tăng thấp và tuổi thọ cao, phù hợp với nhiều môi trường khác nhau.
Động cơ AC servo cũng là động cơ không chổi than, được chia thành động cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ. Hiện nay, động cơ đồng bộ thường được sử dụng trong điều khiển chuyển động. Phạm vi công suất lớn, công suất có thể lớn, quán tính lớn, tốc độ tối đa thấp, tốc độ tăng theo công suất. Giảm dần với tốc độ đồng đều, thích hợp cho các trường hợp chạy tốc độ thấp và ổn định
Rôto bên trong động cơ servo là một nam châm vĩnh cửu. Người lái điều khiển điện ba pha U / V / W để tạo thành điện từ trường. Rôto quay dưới tác dụng của từ trường này. Đồng thời, bộ mã hóa đi kèm với động cơ sẽ truyền tín hiệu phản hồi đến trình điều khiển. Các giá trị được so sánh để điều chỉnh góc quay của rôto. Độ chính xác của động cơ servo được xác định bởi độ chính xác (số dòng) của bộ mã hóa.
Q
Sự khác biệt về hiệu suất giữa động cơ servo AC và động cơ servo DC không chổi than là gì?
A
Hiệu suất của động cơ AC servo tốt hơn, bởi vì AC servo được điều khiển bởi sóng sin và gợn sóng mô-men xoắn nhỏ; trong khi servo DC không chổi than được điều khiển bằng sóng hình thang. Nhưng điều khiển servo DC không chổi than tương đối đơn giản và rẻ.
Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ dẫn động AC servo nam châm vĩnh cửu khiến hệ thống DC servo đối mặt với khủng hoảng bị loại bỏ [/ p] [p =30, 2, left] Kể từ những năm 1980, với sự phát triển của các mạch tích hợp, điện tử công suất công nghệ và bộ truyền động tốc độ biến thiên AC Với sự phát triển của công nghệ, công nghệ truyền động servo AC nam châm vĩnh cửu đã đạt được sự phát triển vượt bậc, và các nhà sản xuất điện nổi tiếng ở các quốc gia khác nhau đã liên tiếp tung ra loạt động cơ AC servo và bộ truyền động servo mới. Hệ thống servo AC đã trở thành hướng phát triển chính của hệ thống servo hiệu suất cao đương thời, điều này khiến hệ thống servo DC phải đối mặt với cuộc khủng hoảng bị loại bỏ.
So với động cơ servo DC, động cơ servo AC nam châm vĩnh cửu có những ưu điểm chính sau:
(1) Không có chổi than và cổ góp, hoạt động đáng tin cậy hơn và không cần bảo trì.
(2) Sự phát nóng của cuộn dây stato giảm đi rất nhiều.
(3) Quán tính nhỏ và hệ thống phản ứng nhanh.
⑷ Điều kiện làm việc tốc độ cao và mô-men xoắn cao là tốt.
⑸ Kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ dưới cùng một công suất.
