Die Helmholtz-Spulen mit den sechs B30A40AC-Servoantrieben
Das Triaxial Helmholtz Coil-Projekt von Samuel Osterhout von der Colorado School of Mines demonstriert und erforscht die Physik, die die Grundlage der Bewegungssteuerungstechnologie bildet.
Unsere Servoantriebe sind Schlüsselelemente in sehr komplexen Bewegungssteuerungssystemen. Im isoliertesten Kontext regulieren unsere Produkte Strom und Spannung durch Drähte auf der Grundlage von Befehls- und Rückmeldesignalen. Die Drähte werden in Servomotoren zu Spulen gesponnen, wo der durch sie fließende Strom das Magnetfeld erzeugt und eine Drehbewegung ermöglicht. Diese Manipulation von Magnetfeldern durch gewickelte Drähte ist der Schlüssel zu Motoren und Bewegungssteuerungstechnologie. Lassen Sie uns also die Motorwellen und Gehäuse entfernen und uns auf die Spulen und den durch sie fließenden Strom konzentrieren.
Hermann von Helmholtz entwickelte erstmals 1849 die später als „Helmholtz-Spulen“ bekannten Spulen. Helmholtz fand heraus, dass die konzentrische Ausrichtung zweier identischer Spulen, bei denen Strom in derselben Richtung durch sie fließt, ein gleichmäßiges Magnetfeld zwischen ihnen erzeugt. Diese Technologie wird seitdem hauptsächlich zur Kalibrierung magnetischer Instrumente verwendet.
Das gesamte triaxiale Helmholtz-Spulensystem mit der Computerschnittstelle
Fasziniert von den anderen Anwendungsmöglichkeiten von Helmholtz-Spulen beschloss Samuel Osterhout, im Rahmen seiner Diplomarbeit für seinen Master-Abschluss in Maschinenbau ein Regelsystem daraus zu entwickeln. Im Gegensatz zu den ursprünglichen Spulen von Helmholtz waren die Spulen bei Osterhouts Projekt in drei senkrechten Achsen ausgerichtet. Bei zwei Spulen pro Achse waren es insgesamt sechs Spulen.
Jede Spule wurde über einen mit Strom versorgt ADVANCED Motion steuert den Servoantrieb B30A40AC, einen unserer analogen Servoantriebe mit höherer Leistung.
Mit diesen Spulen zusammen konnte Samuel ein Magnetfeld im Raum in jeder Richtung erzeugen und damit ein magnetisches Objekt bewegen. Das magnetische Objekt wurde mit zwei Kameras in Echtzeit durch den Raum verfolgt, und eine Computersteuerung aktualisierte die an die Antriebe gesendeten Signale, um die gewünschte Reaktion zu erzielen. Unsere Antriebe taten, was sie immer tun: Strom durch gewickelte Drähte schicken.
Die analogen Servoantriebe sind alle sorgfältig mit dem System verdrahtet
Dieses Projekt war ehrgeizig, aber wunderschön gestaltet. Das gesamte System, Servoantriebe und alles, wurde in einen kurzen, breiten Metallrahmen mit Sockel montiert. Kupferdrähte wurden in rechteckige Acrylrahmen gewickelt, die ineinander passen. LEDs beleuchteten den zentralen Bereich mit einem vollen Spektrum an verfügbaren Farboptionen. Kleine Ventilatoren wurden installiert, um die Spulen und die umgebenden Strukturen vor Überhitzung zu schützen. Ein dreiachsiger Hall-Magnetometer wurde verwendet, um die Leistung des Systems während des gesamten Tests zu bewerten.
Das Triaxialsystem von Osterhout öffnet die Tür zu einer Welt voller Möglichkeiten für Helmholtz-Spulenanwendungen, insbesondere in der biomedizinischen Industrie. Das Navigieren kleiner Geräte wie Dispenserkapseln durch den menschlichen Körper ohne die Notwendigkeit von Motoren kann für den Patienten viel sicherer und weniger invasiv sein.
Die Kameras sind so montiert, dass sie auf den Raum innerhalb der Spulen gerichtet sind.
Darüber hinaus könnte diese Technologie für Montagezwecke verwendet werden, indem Komponenten in Räume bewegt werden, die mit normalen Werkzeugen unerreichbar wären. Es kommt auf die kreative Nutzung der Physik an, die Motoren und Bewegungssteuerungstechnologie ausmacht. Dieses Projekt fängt wirklich die Kreativität ein, die für Innovationen in diesem Bereich notwendig ist.
„Der AMC-B30A40AC ist ein robuster, zuverlässiger Servoverstärker, der die angegebenen Leistungsspezifikationen erfüllt und übertrifft. Die Elektronik besteht aus hochwertigen Komponenten und das Servogehäuse ist durchdacht gestaltet und gut beschriftet. Schließlich war die Installation, Einrichtung und Wartung mit Hilfe der umfassenden Handbücher von AM-C und dem fantastischen Kundenservice ein Kinderspiel! Wenn ich in Zukunft jemals Geräte im Zusammenhang mit der Bewegungssteuerung benötige, ist AMC die erste Anlaufstelle für mich!“
– Samuel Osterhout
