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会带来一些挑战，但不一定是以您可能期望的方式。例如，瑞士运动专家美国分部的中西部业务经理Andrew Sobieralski说，在核磁共振成像机的强磁场中操作磁驱动电机并不是什么大问题，Infranor Inc .)（马萨诸塞州威尔明顿）。

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还开发了带有双制动器总成的伺服系统。“对于永磁电机，如果你分流出电枢，这会给你一个程度的制动，”他指出。“此外，电机内还有电磁制动装置，实际上有两个。如果某个装置出现故障，为了保护患者，它是多余的。”

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。”

就食品和药物管理局本身而言，这一问题更多地落在了机器制造商的头上，而不是零部件供应商的头上，尽管他们确实参与了内部寿命测试和故障保护测试。因此，对机器进行特殊处理会带来一定程度的供应商安全，因为机器制造商重新进行鉴定过程既昂贵又耗时。

Sobieralski将诊断和治疗应用描述为在性能方面相对不苛刻。“应用程序本身相当通用，”他说。“他们只需要将传感器定位到一个新的位置进行成像。维修的可靠性和可追溯性，这对于医疗来说是至关重要的。”

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集团（佛罗里达州克利尔沃特）。“这在欧洲已经很普遍了。那里的大多数牙科设备都是电动的，而美国的传统牙钻是气动的。”这意味着有一个巨大的市场等待着提供服务。

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一定程度的污染。对于机械或气动系统，使用的部件可以扔进高压灭菌器中进行消毒。这对电子产品来说并不容易。其想法是生产出小而便宜的部件，这些部件可以一次性使用，也可以扔掉。Severn说：“我们在腹腔镜手术设备、医疗泵、可以使用和扔掉的东西中看到了这一点，因为一旦你这样做了，你就不再需要再次消毒了。”。“我们从一个完全一次性的机械设备开始。我们的想法是将该设备进行机动化，并且仍然具有完全一次性的功能。”

在设计阶段，问题是一个设备中有多少是一次性的，而不是非一次性的。在这个模型中，可以一次性使用并扔掉的越多越好。当然，丢弃部分会引起环境问题。例如，欧盟通过了一项关于废弃电气和电子设备（WEEE）的指令，将电气产品的最终回收和处置责任交给制造商。例如，这意味着供应商将负责从一次性腹腔镜中回收电子产品，而设计挑战则从仅仅构建小部件到以简化WEEE合规性的方式构建小部件。

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。