Colorado School of Mines - Bobines de Helmholtz triaxiales

servocommandes avec bobines de Helmholtz

Les bobines de Helmholtz avec les six servomoteurs B30A40AC

Le projet de bobine de Helmholtz triaxiale de Samuel Osterhout, de l'école des mines du Colorado, démontre et explore la physique qui constitue la base de la technologie de contrôle du mouvement.

Nos servomoteurs sont des éléments clés dans des systèmes de contrôle de mouvement très complexes. Dans le contexte le plus isolé, nos produits régulent le courant et la tension à travers des fils en fonction de signaux de commande et de rétroaction. Les fils sont enroulés en bobines dans les servomoteurs, où le courant qui les traverse crée le champ magnétique et permet le mouvement rotatif. Cette manipulation des champs magnétiques par des fils enroulés est la clé des moteurs et de la technologie de contrôle du mouvement. Supprimons donc les arbres et les boîtiers des moteurs pour nous concentrer sur les bobines et le courant qui les traverse.

C'est en 1849 que Hermann von Helmholtz a mis au point ce que l'on appellera plus tard les "bobines de Helmholtz". Helmholtz a découvert que l'alignement concentrique de deux bobines identiques traversées par un courant dans le même sens crée un champ magnétique uniforme entre elles. Depuis, cette technologie a été utilisée principalement pour étalonner les instruments magnétiques.

Système de bobines de Helmholtz

Le système complet de bobines de Helmholtz triaxiales avec l'interface d'ordinateur.

Intrigué par les autres applications potentielles des bobines de Helmholtz, Samuel Osterhout a décidé d'en développer un système contrôlé pour son mémoire de maîtrise en génie mécanique. Contrairement aux bobines originales de Helmholtz, le projet d'Osterhout alignait les bobines selon trois axes perpendiculaires. Avec deux bobines par axe, il y avait six bobines au total.

Chaque bobine était alimentée par un ADVANCED Le servomoteur B30A40AC de Motion Controls est l'un de nos servomoteurs analogiques les plus puissants.

Avec ces bobines réunies, Samuel pouvait produire un champ magnétique dans l'espace dans n'importe quelle direction et l'utiliser pour déplacer un objet magnétique. L'objet magnétique était suivi dans l'espace en temps réel à l'aide de deux caméras, et un contrôleur informatique actualisait les signaux envoyés aux moteurs pour obtenir la réponse souhaitée. Nos moteurs ont fait ce qu'ils font toujours : envoyer du courant dans des fils enroulés.

servo drives câblés

Les servocommandes analogiques sont toutes soigneusement câblées au système.

Ce projet était ambitieux mais magnifiquement réalisé. L'ensemble du système, servomoteurs et autres, a été monté dans un cadre métallique court et large avec une base. Des fils de cuivre étaient enroulés dans des cadres rectangulaires en acrylique qui s'emboîtaient les uns dans les autres. Des diodes électroluminescentes (DEL) illuminaient la zone centrale avec un spectre complet de couleurs disponibles. De petits ventilateurs ont été installés pour éviter la surchauffe des bobines et des structures environnantes. Un magnétomètre à effet Hall à trois axes a été utilisé pour évaluer les performances du système tout au long des tests.

Le système triaxial d'Osterhout ouvre la porte à un monde de possibilités pour les applications des bobines de Helmholtz, notamment dans l'industrie biomédicale. La navigation de petits dispositifs, tels que des capsules distributrices, dans le corps humain sans l'aide de moteurs peut être beaucoup plus sûre et moins invasive pour le patient.

bobines de support de caméra

Les caméras sont montées pour faire face à l'espace à l'intérieur des bobines.

En outre, cette technologie pourrait être utilisée à des fins d'assemblage, pour déplacer des composants dans des espaces qui seraient inaccessibles avec un outillage ordinaire. Tout se résume à une utilisation créative de la physique qui fait la technologie des moteurs et du contrôle du mouvement. Ce projet illustre parfaitement la créativité nécessaire à l'innovation dans ce domaine.

"L'AMC-B30A40AC est un amplificateur servo robuste et fiable qui correspond et dépasse ses spécifications de performance annoncées. L'électronique est construite avec des composants de qualité, et le boîtier du servo est bien conçu et bien étiqueté. Enfin, l'installation, la configuration et la maintenance ont été un jeu d'enfant avec l'aide des manuels complets d'A-M-C et de son fantastique service clientèle ! Si j'ai besoin de dispositifs de contrôle du mouvement à l'avenir, A-M-C sera le premier endroit où je regarderai !
- Samuel Osterhout