Инженеры из Университета Джона Хопкинса изучают возможность использования робота (MrBot), который может работать в закрытом канале оборудования для магнитно-резонансной томографии (МРТ), чтобы помочь врачам выполнять дистанционную биопсию опухолей под руководством МРТ. Исследователи, участвующие в проекте, говорят, что МРТ идеально подходит для такого типа применения, поскольку это предпочтительный метод визуализации мягких тканей, и он обеспечивает изображение, которое позволяет врачу манипулировать роботом таким образом, чтобы иглу можно было ввести точно в центр опухоли.

Однако такая система еще не появилась на рынке, поскольку электромагнитные двигатели, обычно используемые в робототехнике, несовместимы с магнитно-резонансной томографией. Ультразвуковые (пьезоэлектрические) двигатели не содержат магнетизма, но они содержат проводящие компоненты и используют электричество, что создает искажения изображения при работе на определенном расстоянии от объекта. Инженеры из университета Джона Хопкинса разработали пневматический шаговый двигатель для решения этих проблем. PneuStep — это первый пневматический шаговый двигатель и первый полностью совместимый с МРТ двигатель, поскольку он не создает помех электромагнитному полю. Двигатель состоит полностью из немагнитных и диэлектрических материалов, таких как пластмассы, керамика и каучуки. Кодирование было выполнено с помощью волоконной оптики, так что двигатели работают без электричества, используя исключительно давление и свет.

Робот приводится в действие шестью шаговыми двигателями. Изобретение PneuStep основано на идее о том, что сквозное движение поршня внутри его цилиндра всегда является точным. Этого можно достичь простым повышением давления в цилиндре, что проще, чем устанавливать поршень в середине хода с помощью пневматического сервоуправления. Для создания воздушного потока дистанционный пневматический распределитель генерирует импульсные волны давления.

Согласно статье, опубликованной в IEEE/ASME Transactions On Mechatronics, ТОМ 12, № 1, в которой описывается изобретение, шаговый двигатель последовательно выполняет небольшие сквозные движения во вращательном движении. Шаг выполняется движением в конце хода. Новый кинематический принцип вызывает ступенчатое движение и уменьшает его (приводит в движение шестерни) с помощью того же механизма. Основной двигатель вращающийся, но встроенная зубчатая передача может быть сконфигурирована как для вращательной, так и для линейной передачи деталей/узлов с различными размерами шага, получивших название “кольцевая передача”.

Моторный узел включает в себя двигатель, зубчатую головку и инкрементальный датчик положения. Специальный электронный драйвер управляет двигателем с помощью электрических шаговых указателей и стандартных плат управления движением. Двигатель поддерживает ступенчатое управление с разомкнутым контуром, а также управление с замкнутым контуром с обратной связью по положению от прилагаемого датчика.

В отличие от других типов пневматики, двигатель может легко выполнять точное и безопасное приведение в действие. В случае неисправности он может только заглохнуть. Более того, например, при разрыве шланга PneuStep механизм может не размотаться, что может нанести вред пациенту.

Университет Джона Хопкинса
http://urology.jhu.edu/urobotics