За последние десятилетия технологии автоматизации и робототехники совершили невероятный скачок в развитии. Все больше отраслей применяют в своем оборудовании инновационные достижения, в том числе и медицинская сфера. Благодаря внедрению современных разработок в медицинские комплексы открываются новые перспективы и возможности, а качество медицинской помощи выходит на новый уровень. Создание высокотехнологичного и современного медицинского оборудования невозможно без применения надежной компонентной базы, отвечающей высоким стандартам качества.
Строгие требования предъявляются и к приводным решениям, которые являются неотъемлемой частью многих медицинских изделий. К ключевым характеристикам относится: высокая точность, малый габарит и вес, высокие удельные характеристики, низкий уровень шумов и вибраций, высокое качество и надежность, низкий уровень помех.
Среди медицинских изделий, где привод является неотъемлемой частью, можно назвать: стоматологическое, ортодонтическое и косметологическое оборудование (включая оборудование для перманентного макияжа), инсулиновые и медицинские помпы, аппараты ИВЛ, дыхательные и кислородные маски, микродозаторы, хирургические манипуляторы и роботы, эндоскопическое оборудование, анализаторы, бионические экзопротезы, экзоскелеты, томографы, многолепестковые коллиматоры для лучевой терапии, офтальмологические аппараты и лабораторное оборудование.
Среди широкого многооборазия оборудования и применений можно выделить несколько направлений (групп), предъявляющих схожие или близкие требования к приводу.
1. Микроперемещения и точные перемещения в условиях крайне ограниченного пространства и минимального энергопотребления. К таким системам можно отнести инсулиновые помпы, микродозаторы, бионические протезы кистей рук, вживляемые и носимые стимуляторы и персональные приборы, а также хирургические манипуляторы, медицинские захваты и устройства с тактильной обратной связью. Для таких задач прекрасным решением являются цилиндрические двигатели и приводы на их основе с планетарным редуктором и датчиком обратной связи диаметром от 6 до 13 мм. Ключевым преимуществом таких приводов является малый диаметр и минимальное энергопотребление для обеспечения длительного режима работы устройства, а также относительно высокие моменты при компактных размерах и весе.
2. Приложения с высокими требованиями к плавности пуска и работы в различных диапазонах скоростей и нагрузок от нуля до максимальных, к уровню шума и вибраций. Подобные требования актуальны для перистальтических помп и насосов, работающих в непосредственной близости с пациентом, для аппаратов ИВЛ и анестезии. Идеальным решением для подобных задач являются бесколлекторные двигатели цилиндрической или плоской конструкции с достаточной величиной момента инерции, плавной работой и линейной механической характеристикой во всем рабочем диапазоне, начиная с нулевой скорости. В зависимости от требований системы такой двигатель может комплектоваться рядным редуктором и датчиком обратной связи.
3. Задачи, требующие минимальной осевой длины привода, высокой точности передачи движения и высокой жесткости конструкции. Как правило, подобные требования предъявляются в узлах экзоскелетов и в коленных и локтевых суставах бионических протезов. Идеальным решением в таких случаях являются плоские приводы, имеющие в составе плоский двигатель, волновой редуктор, а также опционально датчик обратной связи и встроенный контроллер. При подобной компоновке удается добиться максимальной компактности привода по длине, высокого передаточного числа редуктора на одной ступени и, как результат, высокого момента на выходе системы, высокой жесткости скручивания, а также точности и минимального веса конструкции. Альтернативным вариантом может являться применение планетарно-цевочного редуктора.
4. Высокоскоростные системы и приложения, в том числе с минимальным энергопотреблением. К таким системам можно отнести стоматологическое, ортодонтическое оборудование, оборудование для косметологии и другой ручной инструмент, оборудование для эндохирургии, хирургические фрезы и прочее. В таком случае речь идет, как правило, о бесколлекторных двигателях и приводах диаметром от 16 до 22 мм и близких для встраивания в рукоятку инструмента. Высокие рабочие скорости диктуют жесткие требования к подшипникам и балансировке ротора таких приводов. Необходимость применения в ручном инструменте с аккумуляторным питанием ограничивает энергопотребление для обеспечения максимально продолжительного режима работы от одной зарядки.
.jpeg)
5. Высокомоментные приводы для силовых узлов и осей хирургических роботов, рентгенологического оборудования, томографов и оборудования лучевой терапии. В подобных системах возникает требование по обеспечению больших крутящих моментов (до 600 Нм) и высокой точности позиционирования узлов оборудования (до 10 угловых секунд) при условиях минимального веса самого привода и, как результат, конструкции в целом. Применение планетарной, циклоидной или волновой передачи, датчиков высокого разрешения и тормозной муфты дает широкие возможности для построения системы в соответствии с техническими требованиями.
В любой из указанных задач и в любом из вариантов реализации привода актуальным для заказчика остается вопрос качественного управления приводом, особенно в случае применения бесколлекторного двигателя. Компактные сервоконтроллеры привода постоянного тока с возможностью управления по скорости и положению и поддержкой различных типов двигателей и датчиков обратной связи предоставляют гибкие возможности для реализации и настройки качественной системы управления исполнительным механизмом с возможностью интеграции в систему управления верхнего уровня.
В зависимости от варианта применения медицинское оборудование условно можно разделить на несколько групп в зависимости от потенциального риска применения для человека:
– терапевтическое оборудование, работающее без контакта или с минимальным контактом с телом человека;
– инвазивное медицинское изделие, вводимое естественным или хирургическим путем;
– имплантируемое медицинское изделие, автономно работающее внутри тела человека.
.jpg)
При этом отдельно необходимо отметить, что высокие требования по надежности предъявляются к любым вариантам привода и комплектующих, используемым в медицинской технике.
Поставка высокоточных и надежных приводных решений для медицинской отрасли является одним из приоритетных направлений для компании «ИнноДрайв». Широкий ассортимент продукции включает в себя коллекторные и бесколлекторные микродвигатели (в том числе плоские и бескорпусные), волновые и планетарные редукторы, сервоконтроллеры, а также инкрементальные и абсолютные энкодеры. В зависимости от требований технического задания может быть предложено как готовое решение, так и отдельные компоненты, максимально соответствующие задаче.
