【概述】

研究中使用功率放大器，搭建頻響曲線測試實驗平臺。本研究設(shè)計并測試了旋轉(zhuǎn)與直線兩款超聲電機。通過定子模態(tài)測試、機械輸出特性實驗及系統(tǒng)集成，驗證了所研制電機在扭矩、推力、分辨率等關(guān)鍵指標(biāo)上均滿足腹腔鏡驅(qū)動需求，證實了其作為磁吸式腹腔鏡直接驅(qū)動源的可行性。

實驗名稱：磁吸式腹腔鏡用旋轉(zhuǎn)與直線超聲電機輸出特性及系統(tǒng)集成實驗

實驗?zāi)康模罕狙芯恐荚谕ㄟ^定子模態(tài)仿真、諧響應(yīng)分析及樣機輸出特性測試，驗證所設(shè)計的兩款超聲電機（旋轉(zhuǎn)與直線）作為磁吸式腹腔鏡直接驅(qū)動源的性能，包括其扭矩、推力、運動分辨率等關(guān)鍵指標(biāo)，最終搭建集成系統(tǒng)驗證其在單孔腹腔鏡手術(shù)中應(yīng)用的可行性。

測試設(shè)備：激光測振儀、信號發(fā)生器、功率放大器、紅外線非接觸測量儀、激光位移傳感器、負(fù)載測試平臺以及集成了磁吸模塊、腹腔鏡機器人、控制系統(tǒng)的磁吸式腹腔鏡攝像系統(tǒng)平臺。

實驗過程：首先通過COMSOL軟件仿真確定定子工作模態(tài)，并用激光測振儀進(jìn)行掃頻實驗驗證。隨后搭建測試平臺，測量了旋轉(zhuǎn)與直線超聲電機在特定電壓和預(yù)壓力下的頻率-轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速-扭矩、速度-負(fù)載等關(guān)鍵特性曲線，獲得了最大扭矩（0.51mN·m）和最大推力（107.8mN）等數(shù)據(jù)。最后將電機集成至磁吸式腹腔鏡系統(tǒng)，并測試了其運動分辨率（旋轉(zhuǎn)5.5mrad，直線24μm），全面驗證了其作為驅(qū)動源的性能。

圖1：頻響曲線測試平臺系統(tǒng)框圖

圖2：電機輸出特性實驗平臺系統(tǒng)框圖

實驗結(jié)果：基于超聲電機的磁吸式腹腔鏡驅(qū)動方案可實現(xiàn)高精度運動控制，旋轉(zhuǎn)超聲電機在驅(qū)動電壓Upp=100V時，最大輸出扭矩為0.51mN·m，最小運動分辨率達(dá)5.5mrad；直線超聲電機在驅(qū)動電壓Upp=200V時，最大推力為107.8mN，最小位移分辨率為24μm。兩款電機的輸出性能均滿足預(yù)設(shè)的驅(qū)動要求，并成功集成至磁吸式腹腔鏡系統(tǒng)中，驗證了其作為腹腔鏡直接驅(qū)動源的可行性。

圖3：超聲電機定子頻率響應(yīng)測試結(jié)果

圖4：旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線

圖5：直線電機速度-負(fù)載曲線

圖6：電機分辨率實驗結(jié)果

安泰放大器在此應(yīng)用中的產(chǎn)品優(yōu)勢：

1.高電壓輸出能力——充分滿足電機驅(qū)動需求

2.寬頻帶與平坦響應(yīng)——精準(zhǔn)匹配定子工作模態(tài)掃頻驗證

3.四象限輸出與低失真——穩(wěn)定驅(qū)動容性負(fù)載，保障運動分辨率精度驗證

【推薦產(chǎn)品】：ATA-315功率放大器

圖：ATA-315功率放大器指標(biāo)參數(shù)

本文實驗素材由西安安泰電子整理發(fā)布。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當(dāng)規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商，樣機都支持免費試用。西安安泰電子是專業(yè)從事功率放大器、高壓放大器、功率信號源、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測試儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè)。

審核編輯 黃宇