结合磁场免疫力与高精度运动英寸的旅行,压电马达一往无前“腿”。gydF4y2Ba

由|gydF4y2BaMicromogydF4y2Ba

10/07/14,06:10 |gydF4y2Babdapp安卓手机版 ,gydF4y2Ba移动机器人gydF4y2Ba|gydF4y2BaFAULHABER MICROMOgydF4y2Ba

外科医生治疗脑癌面临一个难题:他们可以捕捉即便使用超高精细画质也能使用磁共振成像(MRI)的肿瘤也可以使用极其精确的手术工具来消除肿瘤,但他们不能在同一时间。至少他们不能。今天,伍斯特理工学院教授格雷格•菲舍尔正忙着开发一个外科手术机器人设计用于在核磁共振机(见图1)。在实时反馈指引下,机器人可以位置高能,间质完全聚焦超声探头在肿瘤,提供最佳的手术结果和病人的理想结果。当然,为建造一个机器人,这个机器人可以在生成的高磁场核磁共振单元并不容易,但与先进的控制工程和压电定位器从MICROMO WPI团队建立了一个系统,承诺将彻底改变治疗核磁共振成像的可能性。gydF4y2Ba

图1:外科手术机器人使用压电马达在高磁场核磁共振机器。伍斯特理工学院(礼貌)gydF4y2Ba

案件事实gydF4y2Ba

组织:gydF4y2Ba伍斯特理工gydF4y2Ba

研究所工业:gydF4y2Ba医疗机器人外科手术工具gydF4y2Ba

国家:gydF4y2Ba美国gydF4y2Ba

挑战:gydF4y2Ba设计一个外科手术机器人设计用于在核磁共振机器可以运行在高磁场核磁共振产生的。gydF4y2Ba

解决方案:gydF4y2Ba使用复杂的控制、工程和从MICROMO压电定位器。gydF4y2Ba

结果:gydF4y2BaWPI团队建立了一个系统,承诺改变治疗核磁共振成像的可能性。gydF4y2Ba

设计手术设备的过程充满了挑战。系统需要准确和可重复的,超高分辨率。它们必须是电安静。最重要的是,他们必须可靠。在核磁共振成像中机器人,费舍尔的团队面临的另一个巨大的挑战提供所有这些特征函数在一个系统,也可以在multi-tesla磁场。gydF4y2Ba

MRI机器所产生的强大磁场的危害甚至小铁磁物体像螺丝一样,更不用说,等运动设备永磁电机,变速箱,传动装置。从一开始就很明显,核磁共振机器人必须基于非传统的冲动。答案是一个压电装置。gydF4y2Ba

在磁场环境中运动gydF4y2Ba

压电致动器是基于扩大外加电压下的压电陶瓷。提出的问题是,位移压电效应是只有一小部分组件大小的百分之一,而MRI机器人需要约100毫米线性旅行或连续的360度旋转。WPI团队发现的解决方案从MICROMO PiezoLEGS汽车。gydF4y2Ba

bimorphic驱动腿的单位由一组构造的外加电压下,他们稍微弯曲和扩展(参见图2)。gydF4y2Ba

图2:PiezoLEGS®电动机(底部)由bimorphic压电陶瓷的腿(上)响应不均匀地施加电压。gydF4y2Ba

在实践中,他们在交替驱动双(参见图3),使他们“走”在纳米传动杆向前步速度高达15毫米/秒(或旋转圆盘的旋转运动)。因为一套腿总是接触致动器在任何时候,他们本质上是安全的致动器(提供制动当非机动的)汽车提供一个摊位力(夹持力?)10 N。gydF4y2Ba

WPI机器人由一个模块与X, Y, Z的翻译和两个旋转模块对应的弧角头帧。未来的设计将包括额外的自由度,允许插入和旋转套管和匕首。产生线性运动,WPI团队使用一个线性组合PiezoLEGS®马达直接驱动的针插入和扶轮PiezoLEGS®汽车铝铅螺丝。旋转运动,他们使用3-D-printed定义滑轮和橡胶或玻璃纤维加强了正时皮带。gydF4y2Ba

虽然涉及的质量很小,材料产生更大的摩擦比传统设计,这意味着他们需要更高扭矩产生运动,和piezomotors交付。“在很多应用程序中,你可以侥幸压电马达和直接驱动滑轮或减少several-to-one,”费舍尔说。“你不需要100:1齿轮传动比减少像你可能需要一个小型直流电机。”gydF4y2Ba

图3:一个电压应用于生物形态的腿使它们弯曲和扩展或收缩,使他们能够驱动杆向前移动。gydF4y2Ba

PiezoLEGS®WPI的被证明是正确的解决方案项目。“有压电致动器,将给你最好的运动也许1毫米,”费舍尔说。“除此之外,你真的只有少数公司。其中,他们出售旋转电机或销售模块,你推高对传动杆,但实际上你需要设计一个整体定制设备。在一个紧凑的,独立的,我还没有看到任何竞争,真的,MICROMO设备。”gydF4y2Ba

控制的挑战gydF4y2Ba

压电致动器只需要很小的导电电极都是无磁性的,而不是黑色。这使它在核磁共振环境中安全使用。然而,在这个应用程序中,安全是不够的。任何电噪音产生的电源或驱动电路有可能扭曲的图像,这将失败的目的。“很多时候你会得到static-like工件,”费舍尔说。“电子噪声耦合与非MRI-compatible材料可以有效地扭曲的图像,然后事情不会出现你希望他们是主要的,主要的问题如果你想指导干预基于图像。”gydF4y2Ba

显然,应用程序所需的专业电子产品。同时,压电马达的性质意味着,它需要一个复杂的驱动波形。作为回应,费舍尔的团队开发了一个自定义控件包操作在核磁共振成像扫描仪中压电马达。他们编程的FPGA调整决策有效驱动信号波形的频率和相位。高速数模转换器实现波形的精确的时间控制,高带宽,高压线性放大器允许控制器合成所需的驱动信号产生运动。外部过滤器去除噪声,编码器饲料——使闭环位置或速度控制的单片机上运行实时控制回路一个董事会。模块化底板结合8这些板为一个屏蔽室驻留在磁共振扫描仪房间的机器人。一个自定义的电缆连接控制器和机器人八轴的控制。它不是一个控制挑战一颗卑微的心,但是这个项目是简化的可用性的一个独立的压电马达。“有一个可靠的、准备好了封闭的致动器,线性或旋转,一个很大的优势,”费舍尔说。 “It has really let the students focus on the mechanical mechanism design and the controller design.”

这个项目不仅仅是手术机器人,虽然。费舍尔的目标是开发一个工具箱开发MRI-compatible机器人,结合传感器、执行器、控制器、放大器、增强的通信协议。“在行业中,你可以买一个PLC或电动机或一个编码器,把它们放在一起,你马上有工作设备,”他说。“没有什么真的这样对医疗设备和MRI绝对没有关闭。”gydF4y2Ba

演示的方法,团队正在变化的MRI机器人为多个应用程序包括:高精度热烧蚀深度脑癌,脑深部电刺激电极放置帕金森病,和有针对性的前列腺癌MRI引导下活检和局部治疗交付。“我们拍摄非常紧凑,非常特定于应用程序的,它们都是基于这些汽车,”他说。“我已经在市场上几乎所有压电电动机在我的实验室里,我们甚至试图使自己的。对我们来说,好的MICROMO致动器是一个很好的规模范围,和很好的扭矩范围。总体非常有效。”gydF4y2Ba

在解决方案gydF4y2Ba

提供定位功能,高磁场,WPI集团从MICROMO压电马达运行。因为单位之际,功能完整的包,项目团队可以专注于更大的挑战,而不是建立一个电动机。“能够把他们,让他们在工作中真的,真的不错,”费舍尔说。“最受欢迎的第二选择他们的产品,你需要创建一个定制的设备。”gydF4y2Ba

线性运动解决方案:gydF4y2Ba

•gydF4y2Ba压电腿®线性6 ngydF4y2Ba移动100.8毫米驱动杆的80毫米的速度高达15毫米/秒。它提供micro-steps只要4µm纳米级的分辨率。gydF4y2Ba

旋转运动解决方案:gydF4y2Ba

•gydF4y2Ba压电腿®扶轮50极小值gydF4y2Ba,它提供了定位在360°micro-radium决议。gydF4y2Ba

关于gydF4y2BaMicromogydF4y2Ba
50多年来,MICROMO (FAULHABER集团)汇集了广泛的高品质、高性能线性和旋转运动解决方案,几十年的微观运动专长基于直流电机技术和完整的服务设计,采购和制造能力在全球范围内提供基准运动解决方案。叫MICROMO在800-807-9166,让我们的应用工程师之一,设计一个自定义运动解决方案为您的下一个应用程序。gydF4y2Ba

内容与本文作者的意见,不一定代表RoboticsTomorrow的观点半岛app官网gydF4y2Ba

---

特色产品gydF4y2Ba

Brenton——使用箱包装和码垛机器人和其他自动化。半岛app官网gydF4y2Ba

Brenton是一个领袖在机器人解决方案与标准产品包括堆垛和depalletizing有效携带很难应付的选择产品,以及大规模系统优化的足迹;为众多行业和案例和纸箱加载解决方案。此外,Brenton工作与客户集成解决方案,提供机器人广泛的机器人完全集成行结束系统。半岛app官网Brenton帮助客户包装保护他们的声誉和消费者的信任。gydF4y2Ba

更多的产品gydF4y2Ba

特色产品gydF4y2Ba