医疗市场健康运动控制

随着运动控制进入医疗诊断/治疗领域，工程师们专注于效率、紧凑性、模块化和一次性。

长期以来，运动控制一直是药品和医疗保健相关一次性用品的制造和包装的主要技术。然而，这些天来，运动控制也通过护理点和诊断机器(如CAT扫描仪、核磁共振成像仪和放射成像仪)进入患者护理室，用于医疗诊断和治疗。

将运动控制应用于患者护理呈现一些挑战，但不一定是您可能期望的方式。例如，在MRI机器的大量磁场中操作磁力驱动电动机并不是很多问题，美国瑞士运动专家的美国部门中西部商业经理Andrew Sobieralski说Infranor Inc .)（威尔明顿，马萨诸塞州）。

他解释说:“电机内部的磁路被很好地控制住了。”“铁的磁导率比空气的磁导率高得多，在机器磁场和电机磁场之间，对机器的影响是微不足道的。”

同样，在CAT扫描仪或用于癌症治疗的机器的辐射环境中操作电机也很简单。Sobieralski说:“在辐射剂量机器中，他们实际上使用的是标准制造马达。”“他们处于辐射场，但这对他们的操作并不不利。”

可靠性和冗余
当然，任何医学上的事情都要和食品和药物管理局(FDA)打交道。安全性和可靠性是最重要的。例如，编码器故障可能会导致伺服失控，潜在地危及患者。“有很多内置的冗余和双重检查，”Sobieralski说，并引用了避免失控伺服的方法。“一种方法是有两个编码器，一个在电机内，一个在电机外，它们可以相互比较。”

Infranor还在带双制动器组件的伺服单体上工作。“用永久性磁铁电机，如果你分流电枢，那可以给你一个制动，”他指出。“此外，实际上有电机内部有电磁夹住制动器，其中两个是。如果某些事情会失败，这是患者的保护的冗余。“

驱动器专家Kerk Motion Products公司(Hollis, New Hampshire)生产用于病人液体处理系统的丝杠，如家庭胰岛素输送单元。“我们做了很多与血液(处理)和胰岛素注射相关的应用，”应用工程师斯科特·弗雷德里克(Scott Frederick)说。“在医疗市场中，这类应用有非常好的机会。”

然而，冗余是关键。“可能有螺丝的地方不能触底,所以公司将把电路就成了,说旅行结束一个限位开关,或者你可以把一个滑动离合器设计风格所以螺杆旋转(一旦通过了终点),所以它不会造成任何损害如果真的走过去。”

据涉及FDA本身，这对机器制造者的膝盖比组件供应商的速度跌幅更多，尽管他们确实参与了内部终身测试和故障安全测试。相应地将机器传递给机器，这是一定数量的供应商安全性，因为机器制造商恢复资格过程昂贵且耗时。

Sobieralski在表现方面表征了诊断和治疗申请，在表现方面相对不明。“应用程序本身是相当普遍的，”他说。“他们只需要将传感器定位到一个新的成像位置。维修的可靠性和可追溯性以及对医疗至关重要的是最重要的。“

更小，更快，更便宜
通过将机械和气动工具转换为电子驱动单元的趋势，运动控制也在以其他方式进入关注点。Sobieralski说:“在手持工具的高速伺服中，有相当多的运动控制。“他们通过远程控制进行手术，当然这也是伺服控制的。在牙科设备中，他们现在使用发动机而不是气动。”

“我们肯定也看到了这种趋势，”泰德·塞文(Ted Severn)说Micromo Electronics / Faulhaber Group（透明水，佛罗里达州）。“这已经很常见。大多数牙科设备已经电动，与美国相比，传统牙科训练是气动的。“这意味着有一个大量的市场，等待被送达。

运动控制的广泛应用对部件和系统的设计和性能提出了许多要求。小型化是其中之一。运动系统能够安装在手术室，牙医办公室，或检查室必须是紧凑的。这一要求显然是针对便携设备的。以前要求10毫米电机的规格现在可能要求8毫米甚至6毫米的设备。问题是应用程序的运动要求保持不变。

Severn说:“人们要求更小、更高效、性能相同的软件包。”“挑战在于如何优化电机。你可以使用更强大的磁铁，优化线圈，缩小空气间隙，同时尽量不要使用太多电流，过快耗尽电池。”

这就带来了另一个设计权衡:效率。便携式设备通常由电池供电。最大化电池寿命的需要需要一个系统级的方法。Severn说:“设计运动控制系统的诀窍是在操作点优化整个系统的效率。“你必须看看电机和齿轮头的最大效率，并将其与你使用的材料类型相结合。你需要用丝杠吗?你能用滚珠丝杠代替吗?你必须查看系统中每个组件的效率，以开发一个整体的系统效率，并将其最大化。为了做到这一点，需要对构成系统的所有组件进行分析，并对其进行详细说明，以实现最大的操作效率。”

一次性运动
设备制造商的另一个趋势是一次性。值得注意的是，一次性用品长期以来一直是医疗市场上两吨重的大猩猩。一支棉签可能只需要几分钱，但如果乘以每天使用和丢弃的数百万支棉签，你就会发现它的价值所在。

大多数医疗程序都需要某种程度的污染。在机械或气动系统的情况下，所用的部件可以在高压釜中折叠并灭菌。电子器件并不是那么容易。这个想法是生产小，廉价的组件，而不是可以使用一次并扔掉。“我们在腹腔镜手术装置中看到这一点，医疗泵，可以使用和扔掉的东西，因为一旦你这样做，你会逃避需要再次消毒它，”Severn说。“我们从一个完全一次性的机械装置开始。这个想法是采取该设备，机动它，仍然具有完全一致的功能。“

在设计阶段，问题是一个设备的一次性与非一次性设备。在这个模型中，越多可以用一次并扔掉，更好。当然，折腾的部分提出了环境问题。例如，欧盟已通过废物电气和电子设备（WEEE）的指令，该设备涉及最终回收和处理制造商的电气产品。这意味着供应商负责从这些一次性腹腔镜再循环电子设备，例如，设计挑战从建立小部件以简化WEEE合规的方式构建它。

模块化提供了部分答案。Severn表示:“在MicroMo，我们传统上提供电机-齿轮头组合。“现在，我们被要求将电气包装作为一个整体进行检查，这样当手术结束时，你基本上可以将电气部件取出并回收。”

在这个不断发展的领域仍然面临着挑战，但由此产生的组件和学到的设计技术可能不仅保证了该领域的成功，而且为运动控制技术打开了更多的应用领域。