Pobierz
advertisement
Zastosowanie Robotyki w Medycynie Wykład 5 Konstrukcja robotów medycznych Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów Konstrukcja robotów medycznych Główną cechą urządzeń medycznych jest bliska interakcja z człowiekiem, którego zachowanie jest w dużej mierze niemożliwe do przewidzenia. Roboty medyczne: ◦ Struktura mechaniczna – przegubowa i napędzana, ◦ Interfejs człowiek-maszyna (HMI – Human-Machine Interface), ◦ Narzędzia, ◦ Układy elektroniczne ◦ Oprogramowanie sterujące Bezpieczeństwo jest kluczowym zagadnieniem przy projektowaniu robotów medycznych Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 2 1 Konstrukcja robotów medycznych Inne ograniczenia kliniczne: ◦ Funkcjonalność zależna od typu operacji – projektowanie konstrukcji specjalistycznych ◦ Możliwość sterylizacji ◦ Przestrzeń robocza ograniczona przez urządzenia medyczne(urządzenia radiologiczne, urządzenia do znieczulenia, zestaw laparoskopowy itp.) wymuszając odpowiednie ruchy ramion i pozycjonowanie podczas działania ◦ Różne pozycjonowania między podobnymi zabiegami ◦ Możliwość łatwego transportowania i odsunięcia robota w przypadku wystąpienia komplikacji Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 3 Konstrukcja robotów medycznych Etapy realizacji robota medycznego: ◦ Modelowanie i charakterystyka gestów i interakcji: Chirurg – robot, Robot – pacjent, Robot – środowisko. ◦ Wybór lub projektowanie kinematyki i napędów przystosowanych do wymogów określonych przez gesty ◦ Synteza sterowania i określenie HMI Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 4 2 Konstrukcja robotów medycznych Układy napędowe ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ Pneumatyczne Hydrauliczne Elektryczne Silniki piezoelektryczne Układy napędowe z materiałów z tw. pamięcią kształtu Silniki pneumatyczne ◦ Zalety: Czyste, można je sterylizować, Szpitalna sieć sprężonego powietrza Elementy dwustanowe - chwytaki, zaciski Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 5 Konstrukcja robotów medycznych Silniki pneumatyczne ◦ Zalety: Czyste, można je sterylizować, Szpitalna sieć sprężonego powietrza Elementy dwustanowe - chwytaki, zaciski ◦ Wady: Wysoka podatność, Utrudnione sterowanie ◦ Zastosowanie w narzędziach chirurgicznych - napęd frezów i wierteł ◦ Zastosowanie w operacjach na bijącym sercu stabilizator położenia serca – tzw. ośmiorniczka (wyposażony w przyssawki podciśnieniowe) – brak ucisku serca i nie zmniejsza jego wydajności Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 6 3 Konstrukcja robotów medycznych Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 7 Konstrukcja robotów medycznych Siłowniki pneumatyczne Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 8 4 Konstrukcja robotów medycznych Siłowniki pneumatyczne Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 9 Konstrukcja robotów medycznych Siłowniki pneumatyczne Układ z dławieniem na wlocie Układ z zaworem zwrotnodławiącym sterowanym zaworem rozdzielającym Układ z dławieniem na wylocie Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 10 5 Konstrukcja robotów medycznych Siłowniki pneumatyczne Przekaźnik ciśnieniowy Zawór rozdzielający Przekaźnik czasowy Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 11 Konstrukcja robotów medycznych Mięśnie pneumatyczne Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 12 6 Konstrukcja robotów medycznych Bi-Muscular Driving System (BMDS) Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 13 Konstrukcja robotów medycznych Mięśnie BMDS Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 14 7 Konstrukcja robotów medycznych Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 15 Konstrukcja robotów medycznych Napęd hydrauliczny Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 16 8 Konstrukcja robotów medycznych Napęd elektryczny ◦ Silniki prądu stałego: szczotkowe z komutacją elektroniczną ◦ Silniki prądu zmiennego: asynchroniczne i synchroniczne ◦ Silniki krokowe. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 17 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego - budowa • Stojan - najczęściej jest magneśnicą – wytwarza pole magnetyczne • jarzmo (2), • bieguny główne z uzwojeniem wzbudzającym (3), • bieguny pomocnicze (komutacyjne) (5), • tarcze łożyskowe, trzymadła szczotkowe. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 18 9 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego - budowa • Wirnik – najczęściej jest twornikiem (1) • rdzeń (pakietu blach), • uzwojenie twornika (8), • komutator (9). Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 19 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego - budowa Komutator – osadzony na wale wirnika – wiele wycinków Miedzianych umieszczonych na specjalnej piaście. Izolator między wycinkami - mikanit 1 – wycinek komutatora, 2 – pierścień dociskowy, 3 – kołnierz izolacyjny, 4 – piasta. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 20 10 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego – budowa ◦ Pole magnetyczne silnika – elektromagnesy zasilane prądem stałym – prąd wzbudzenia. ◦ Wielkości opisujące maszynę prądu stałego:: Prąd wzbudzenia - If, Prąd twornika - Ia, Prąd obciążenia - I (oddawany lub pobierany z sieci), Napięcie twornika - U, Rezystancja obwodu twornika - Ra, Rezystancja obwodu wzbudzenia - Rf, Siła elektromotoryczna indukowana w tworniku - E, Prędkość wirowania wirnika – n, Moment elektrodynamiczny - M Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 21 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego – budowa ◦ Uzwojenie biegunów głównych – uzwojenie wzbudzające – główne pole magnetyczne w maszynie. D1, D2 - szeregowe; E1, E2 - bocznikowe; F1, F2 - obcowzbudne ◦ Uzwojenie twornika – umieszczone na wirniku A1, A2 ◦ Uzwojenia pomocnicze Uzwojenie biegunów komutacyjnych – poprawa warunków pracy maszyny. B1, B2 Uzwojenia kompensacyjne C1, C2 Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 22 11 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego – charakterystyki • Charakterystyka mechaniczna n = f(I), n = f(M), U = const, Rf = const • Charakterystyka momentu M = f(I), U = const, Rf = const Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 23 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego - rodzaje Silnik obcowzbudny, Silnik samowzbudny: • bocznikowy, • szeregowy, • szeregowo-bocznikowy. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 24 12 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego – bocznikowy i obcowzbudny Silnik obcowzbudny stosowany w układach napędowych z przekształtnikami tyrystorowymi. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 25 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego – bocznikowy i obcowzbudny Charakterystyka mechaniczna silnika bocznikowego (przy pominięciu wpływu oddziaływania twornika). n R U ac I a cE cE n n0 nN nN Zmienność prędkości 3-8% (2-5%) Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 26 13 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego – bocznikowy i obcowzbudny Charakterystyka momentu silnika bocznikowego (przy pominięciu wpływu oddziaływania twornika). M cM I a c1I a Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 27 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego – szeregowy Strumień zależy od prądu obciążenia (przy zmianie obciążenia zmienia się strumień – wzrostowi momentu obciążenia odpowiada wzrost prądu obciążenia i wzrost strumienia zgodnie z charakterystyką magnesowania obwodu magnetycznego. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 28 14 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego – szeregowy Charakterystyka momentu Przy małym nasyceniu obwodu: cI M cM I cM cI 2 Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 29 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego – szeregowy Charakterystyka mechaniczna n U Rac I R U A ac B cE cI cE cI cE c I przy założeniu liniowej zależności strumienia od prądu M cI 2 n Piotr Sauer A1 B M Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 30 15 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego – szeregowy Bardzo duża prędkość obrotowa przy małych obciążeniach może doprowadzić do uszkodzenia silnika ze względu na przekroczenie jego wytrzymałości mechanicznej Silnik szeregowy nie może pracować w stanie jałowym i musi być połączony z maszyną roboczą za pomocą sprzęgła lub przekładni zębatej Zaleta – duży moment rozwijany podczas rozruchu Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 31 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego – szeregowo-bocznikowy Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 32 16 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego – rozruch W chwili rozruchu prędkość obrotowa wirnika = 0, E =0, równanie napięcia dla silnika ma postać: U Rac I r Prąd rozruchowy pobierany przez silnik: Ir U Rac Prąd rozruchowy jest wielokrotnie większy od prądu znamionowego. I U E Rac Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 33 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego – rozruch Prąd rozruchowy można ograniczyć przez: • zmniejszenie napięcia zasilającego, • włączenie w obwód twornika dodatkowego opornika • o rezystancji Rar Ir U Rac Rar W przypadku silnika bocznikowego – obwód wzbudzenia w czasie rozruchu musi być zasilany całym napięciem (musi być włączony przed rozrusznikiem). Rozrusznik jest opornikiem kilkustopniowym dostosowanym do pracy krótkotrwałej. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 34 17 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego – rozruch Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 35 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego – regulacja prędkości Prędkość silnika prądu stałego z dodatkową rezystancją w obwodzie twornika Rar n U Rac Rar I a c Na zmianę prędkości wirowania wirnika mają wpływ: • napięcie U, • rezystancja Rar, • strumień magnetyczny . Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 36 18 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego – regulacja prędkości Prędkość obrotową można regulować: • przez zmianę napięcia zasilania twornika U, • przez zmianę rezystancji w obwodzie twornika Rar, • przez zmianę strumienia Wykorzystywane w praktyce, a różnią się pod względem: • zakresu regulacji, • kierunku regulacji (góra, dół), • ekonomicznym Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 37 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego – regulacja prędkości Regulacja szeregowa polega na włączeniu rezystancji regulacyjnej Rar w szereg z obwodem twornika (silniki bocznikowe i szeregowe). W tym przypadku mamy możliwość regulacji w dół – poniżej prędkości odpowiadającej pracy na charakterystyce naturalnej (od prędkości znamionowej do zera). Regulacja nieekonomiczna – straty na rezystorze regulacyjnym. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 38 19 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego – regulacja prędkości Regulacja bocznikowa sprowadza się do osłabienia strumienia magnetycznego. • w silnikach bocznikowych – rezystancja regulacyjna Rfr jest włączona w szereg w obwód wzbudzenia, • w silniku szeregowym – rezystancja Rfr jest włączona równolegle z obwodem wzbudzenia. Regulacja bocznikowa jest regulacją w górę od wartości nN do 3nN, jest regulacją ekonomiczną. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 39 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego – regulacja prędkości Prowadząc regulację prędkości przez zmianę strumienia, nie należy nadmiernie osłabiać pola magnetycznego oraz powodować zaniku prądu w obwodzie wzbudzenia silnika. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 40 20 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego – regulacja prędkości Regulację prędkości obrotowej przez zmianę napięcia twornika można uzyskać przez zastosowanie tyrystorowych regulatorów napięcia. Zmieniając napięcie zasilające twornik można przy znamionowym obciążeniu regulować prędkość od zera do wartości większej od prędkości znamionowej – w całym zakresie regulacji prąd twornika nie zmienia wartości i zależy tylko od obciążenia. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 41 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego z magnesami trwałymi Pole magnetyczne – magnesy trwałe Stosowane materiały magnetyczne: • materiały proszkowe z ferrytów baru, • magnesy lane ze stopów alnico. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 42 21 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego z magnesami trwałymi Kubkowy silnik prądu stałego 1 – wirnik kubkowy, 2 – magnes trwały stojana, 3 – rdzeń ferromagnetyczny, 4 – obudowa. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 43 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego z magnesami trwałymi Silnik tarczowy (wirnikiem drukowanym). Całe uzwojenie – szereg pojedynczych zwojów – ścieżki miedziane naniesione na przeciwne strony tarczy i zespawane na zewnętrznym obwodzie tarczy, a przeciwne zakończenia ścieżek doprowadzone są do komutatora. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 44 22 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego z magnesami trwałymi Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 45 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego bezszczotkowy ◦ Silnik 2-pasmowy Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 46 23 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego bezszczotkowy ◦ Silnik 3-pasmowy Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 47 Konstrukcja robotów medycznych Silnik prądu stałego bezszczotkowy ◦ Silnik 3-pasmowy Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 48 24 Konstrukcja robotów medycznych Silnik krokowy Silnik krokowy - przekształca impulsy elektryczne w dyskretne ruchy mechaniczne (ciąg przesunięć kątowych wirnika lub ciąg przesunięć liniowych biegnika). Droga kątowa lub liniowa, którą przebywa wirnik lub biegnik, jest proporcjonalna do liczby impulsów, a prędkość części ruchomej silnika do częstotliwości tych impulsów. Silnik przetwarza sygnał sterujący na ustalone położenie wału bezpośrednio. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 49 Konstrukcja robotów medycznych Silnik krokowy – podstawowe parametry Moment trzymający (holding torque), Bezprądowy moment spoczynkowy (detent torque) – silniki wyposażone w magnes trwały, Krok podstawowy, rozdzielczość kątowa kroku (step/ angle resolution) : 15˚, 7.5˚, 3.6 ˚, 1.8 ˚, 0.9 ˚ ( liczba kroków: 24, 48, 100, 200, 400) Prąd znamionowy uzwojenia (phase current) Rezystancja uzwojenia (winding resistance) Napięcie pracy uzwojenia Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 50 25 Konstrukcja robotów medycznych Silnik krokowy Wartość skoku silnika krokowego o wirniku czynnym 360 2 p m gdzie: • p – liczba par biegunów, • m – liczba pasm uzwojenia sterującego Wartość skoku silnika krokowego o wirniku biernym 360 Zr m n gdzie: • Zr – liczba zębów wirnika, • m – liczba pasm uzwojenia sterującego, • n=1 lub n=2. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 51 Konstrukcja robotów medycznych Silnik krokowy z magnesami trwałymi Rozpatrywany silnik ma komutację czterotaktową – czterem taktom odpowiada pełen cykl komutacji. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 52 26 Konstrukcja robotów medycznych Silnik krokowy o zmiennej reluktancji Działanie silnika krokowego o wirniku reluktancyjnym opiera się na wykorzystaniu momentu reluktancyjnego. Strumień w obwodzie magnetycznym Piotr Sauer Iz Rm Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 53 Konstrukcja robotów medycznych Silnik krokowy o zmiennej reluktancji Silnik zbudowany jest z wirnika o wielu zębach, wykonanego z miękkiej stali. Na stojanie nawinięte są uzwojenia sterujące. Wykonanie: jednosegmentowe, wielosegmentowe Odmiany: - symetryczne, - niesymetryczne. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 54 27 Konstrukcja robotów medycznych Silnik krokowy - sterowanie Rozpatrując właściwości silnika skokowego należy brać pod uwagę nie tylko cechy wynikające z budowy samego silnika ale również układ sterowania. Układ sterowania odgrywa bowiem decydującą rolę w kształtowaniu pożądanych charakterystyk silników krokowych. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 55 Konstrukcja robotów medycznych Silnik krokowy - sterowanie Zasadniczy rozwój silników krokowych zmierza w kierunku zwiększenia liczby skoków, sprawności i momentu obrotowego a zmniejszeniu inercji mechanicznej. O parametrach napędu skokowego decyduje konstrukcja mechaniczna danego obiektu i silnika, własności elektryczne i magnetyczne materiałów, z których wykonano silnik oraz sposób zasilania jego uzwojeń i wreszcie algorytm sterowania Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 56 28 Konstrukcja robotów medycznych Silnik krokowy - sterowanie Wśród silników krokowych można wyróżnić dwa podstawowe typy: unipolarne (rys a), bipolarne (rys b) . Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 57 Konstrukcja robotów medycznych Silnik krokowy - sterowanie W silniku bipolarnym do zmiany pola magnetycznego w rdzeniu wystarcza jeden przełącznik dwupozycyjny, lub dwa tranzystory włączane na przemian. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 58 29 Konstrukcja robotów medycznych Silnik krokowy - sterowanie Zaleta sterowania bipolarnego dobre wykorzystanie momentu obrotowego dzięki temu, że całe uzwojenie jest w stanie prądowym po otrzymaniu impulsu. Wada sterowania bipolarnego rozbudowany układu sterowania. Piotr Sauer - bardziej Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 59 Konstrukcja robotów medycznych Silnik krokowy - sterowanie W przypadku silnika unipolarnego do kluczowania prądu wystarczy jeden tranzystor na fazę. Sterowanie unipolarne zapewnia przepływ prądu w danym uzwojeniu tylko w jednym kierunku, podczas gdy sterowanie bipolarne zapewnia przepływ prądu w dwóch kierunkach. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 60 30 Konstrukcja robotów medycznych Silnik krokowy - sterowanie Zaleta wariantu unipolarnego - prostszy układ połączeń i mniejsza liczba tranzystorów, Wada sterowania unipolarnego - jednocześnie pracuje tylko połowa uzwojenia, a zatem nie wytwarza się moment obrotowy o pełnej wartości. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 61 Konstrukcja robotów medycznych Silnik krokowy - sterowanie RODZAJE STEROWANIA (KROK, ALGORYTMY KOMUTACJI) : • falowe, • pełnokrokowe, • półkrokowe, • mikrokrokowe. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 62 31 Konstrukcja robotów medycznych Silnik krokowy - sterowanie • W sterowaniu falowym - jednofazowym w danym momencie zasilana jest jedna faza. • Wynikiem tego rodzaju sterowania jest wykonanie pełnego kroku. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 63 Konstrukcja robotów medycznych Silnik krokowy - sterowanie WADA STEROWANIA FALOWEGO Silniki o uzwojeniach unipolarnych wykorzystują tylko 25%, a o uzwojeniach bipolarnych 50% całkowitego uzwojenia silnika w danej chwili czasu. Nie wykorzystuje się maksymalnego momentu wyjściowego silnika Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 64 32 Konstrukcja robotów medycznych Silnik krokowy - sterowanie W sterowaniu pełnokrokowym (dwufazowym) w każdej chwili czasu zasilane są dwie fazy. Wynikiem tego rodzaju sterowania są takie same ruchy jak przy sterowaniu jednofazowym z tym, że pozycja wirnika jest przesunięta o pół kroku. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 65 Konstrukcja robotów medycznych Silnik krokowy - sterowanie Sterowanie półkrokowe jest kombinacją sterowania dwufazowego i jednofazowego. Co drugi krok jest zasilana tylko jedna faza, a w pozostałych krokach dwie fazy. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 66 33 Konstrukcja robotów medycznych Silnik krokowy – sterowanie mikrokrokowe Silnik krokowy jest silnikiem synchronicznym - stabilne położenia wirnika są zsynchronizowane z polem magnetycznym stojana. Obroty wirnika uzyskuje się przez obracanie pola, wirnik podąża do nowego położenia stabilnego. Moment M wytwarzany przez silnik: M M s sin s r Piotr Sauer n el mech 4 Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 67 Konstrukcja robotów medycznych Silnik krokowy – sterowanie mikrokrokowe W sterowaniu mikrokrokowym prądy w uzwojeniach zmieniają się płynnie rozbijając w ten sposób pełen krok na wiele mniejszych kroczków. Dzięki pracy z mikrokrokiem możliwe jest uzyskanie dokładniejszego pozycjonowania. Istniej wiele różnych typów mikrokroków o podziale od 1/3 do 1/32 pełnego kroku lub jeszcze mniejszym. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 68 34 Konstrukcja robotów medycznych Silnik krokowy – sterowanie mikrokrokowe Praca mikrokrokowa silnika - układ sterowania musi wytworzyć sygnały o poziomach pośrednich pomiędzy maksymalną i minimalną wartością sygnału źródła. Prądy w pasmach silnika wytwarzają wektor strumienia magnetycznego, którego położenie w przestrzeni jest określone przez wartość tych prądów. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 69 Konstrukcja robotów medycznych Czujniki - rezystancyjne x U wy U z l Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 70 35 Konstrukcja robotów medycznych Czujniki - rezystancyjne Potencjometryczny przetwornik linkowy HPS obudowa z aluminium, długości pomiarowe 500 do 2000mm Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 71 Konstrukcja robotów medycznych Czujniki - rezystancyjne Napędy liniowe, maszyny numeryczne, stoły X-Y i podobne. Wielowrzecionowe maszyny tnące Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 72 36 Konstrukcja robotów medycznych Czujniki indukcyjne zbliżeniowe wyposażone w cewkę zasilaną z oscylatora – zmienne pole magnetyczne wielkiej częstotliwości • czujniki dwustanowe, • czujniki analogowe. Zasięg działania: 30 – 60 mm Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 73 Konstrukcja robotów medycznych Czujniki indukcyjne zbliżeniowe Czujniki serii Uprox (firmy TURCK) – zastosowano cewki powietrzne. Cechy: • 10 razy większa częstotliwość przełączania, • zasięg działania o 100% większy, • odporne na silne pole elektromagnetyczne prądu stałego i przemiennego, • zakres działania taki sam dla wszystkich metali Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 74 37 Konstrukcja robotów medycznych Czujniki impulsowo-optyczne Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 75 Konstrukcja robotów medycznych Czujniki przyspieszenia Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 76 38 Konstrukcja robotów medycznych Czujniki przyspieszenia Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 77 Konstrukcja robotów medycznych Czujniki przyspieszenia Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 78 39 Konstrukcja robotów medycznych Czujniki siły Dynamometry sprężynowe ◦ zakres pomiarowy: 200kN ◦ niedokładność – 1% (uwarunkowana liniowością i stabilnością charakterystyk sprężyn) Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 79 Konstrukcja robotów medycznych Czujniki siły Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 80 40 Konstrukcja robotów medycznych Czujniki siły – tensometry rezystancyjne R Piotr Sauer l S Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 81 Konstrukcja robotów medycznych Tensometry rezystancyjne – układy mostkowe. Dla kompensacji wpływów wahań temperatury tensometry kompensacyjne Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 82 41 Konstrukcja robotów medycznych Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 83 42
