Aigtek功率放大器基于超声电机在磁吸式腹腔镜中的应用研究

【概述】

研究中使用功率放大器，搭建频响曲线测试实验平台。本研究设计并测试了旋转与直线两款超声电机。通过定子模态测试、机械输出特性实验及系统集成，验证了所研制电机在扭矩、推力、分辨率等关键指标上均满足腹腔镜驱动需求，证实了其作为磁吸式腹腔镜直接驱动源的可行性。

实验名称：磁吸式腹腔镜用旋转与直线超声电机输出特性及系统集成实验

实验目的：本研究旨在通过定子模态仿真、谐响应分析及样机输出特性测试，验证所设计的两款超声电机（旋转与直线）作为磁吸式腹腔镜直接驱动源的性能，包括其扭矩、推力、运动分辨率等关键指标，最终搭建集成系统验证其在单孔腹腔镜手术中应用的可行性。

测试设备：激光测振仪、信号发生器、功率放大器、红外线非接触测量仪、激光位移传感器、负载测试平台以及集成了磁吸模块、腹腔镜机器人、控制系统的磁吸式腹腔镜摄像系统平台。

实验过程：首先通过COMSOL软件仿真确定定子工作模态，并用激光测振仪进行扫频实验验证。随后搭建测试平台，测量了旋转与直线超声电机在特定电压和预压力下的频率-转速、转速-扭矩、速度-负载等关键特性曲线，获得了最大扭矩（0.51mN·m）和最大推力（107.8mN）等数据。最后将电机集成至磁吸式腹腔镜系统，并测试了其运动分辨率（旋转5.5mrad，直线24μm），全面验证了其作为驱动源的性能。

图1：频响曲线测试平台系统框图

图2：电机输出特性实验平台系统框图

实验结果：基于超声电机的磁吸式腹腔镜驱动方案可实现高精度运动控制，旋转超声电机在驱动电压Upp=100V时，最大输出扭矩为0.51mN·m，最小运动分辨率达5.5mrad；直线超声电机在驱动电压Upp=200V时，最大推力为107.8mN，最小位移分辨率为24μm。两款电机的输出性能均满足预设的驱动要求，并成功集成至磁吸式腹腔镜系统中，验证了其作为腹腔镜直接驱动源的可行性。

图3：超声电机定子频率响应测试结果

图4：旋转电机转速-转矩曲线

图5：直线电机速度-负载曲线

图6：电机分辨率实验结果

安泰放大器在此应用中的产品优势：

1.高电压输出能力——充分满足电机驱动需求

2.宽频带与平坦响应——精准匹配定子工作模态扫频验证

3.四象限输出与低失真——稳定驱动容性负载，保障运动分辨率精度验证

【推荐产品】：ATA-315功率放大器

图：ATA-315功率放大器指标参数

本文实验素材由西安安泰电子整理发布。Aigtek已经成为在业界拥有广泛产品线，且具有相当规模的仪器设备供应商，样机都支持免费试用。西安安泰电子是专业从事功率放大器、高压放大器、功率信号源、前置微小信号放大器、高精度电压源、高精度电流源等电子测试仪器研发、生产和销售的高科技企业。

审核编辑 黄宇