Modulare Pneumatik-Toolbox für die Entwicklung

Modulare Pneumatik-Toolbox für die Entwicklung von Medizintechnik

Ausgangslage

IMT stand vor der Herausforderung, den Entwicklungsprozess für medizinische pneumatische Geräte, z. B. Patientenbeatmungsgeräte, zu beschleunigen und zuvereinfachen. Die Hauptziele waren die Verkürzung der Entwicklungszeit, die Erleichterung des Aufbaus, der Prüfung und der Präsentation von Pneumatikkonzepten sowie die schnelle Prüfung von Ideen. Vorhandene Tools waren unzureichend, da sie von anderen Geräten übernommen wurden und es ihnen an Datenprotokollen und der Kompatibilität von Steuerungssystemen mangelte. Die Synchronisierung von Daten und die Steuerung von Aktoren erwies sich als schwierig, und oft war spezielle Hardware erforderlich. Es bestand also Bedarf an einem neuen pneumatischen Entwicklungswerkzeug, das auf diese speziellen Bedürfnisse zugeschnitten ist, und so schufen wir eine neuartige modulare pneumatische Toolbox.

Ziel des Projekts

Das Hauptziel war die Entwicklung eines modularen pneumatischen Werkzeugkastens, der für alle IMT-Entwickler zugänglich ist. Dieses System sollte vielseitig sein und die Möglichkeit bieten, neue Module hinzuzufügen und nach Bedarf anzuordnen. Zu den spezifischen Anforderungen gehörten:

Kommunikation: Verwendung des CAN-Protokolls, das für die Signalverarbeitung über Speedgoat verwendet wird und über einen USB-CAN-Adapter auch mit dem PC kompatibel ist.
Integration: Nahtlose Integration von Gasdurchflussmessgeräten (z.B. PF300 Pro, IMT Analytics) und Schlüsselkomponenten der medizinischen Pneumatik (Drucksensoren, Gebläse, Ventile).
Unabhängigkeit: Jedes Modul arbeitet unabhängig, so dass jede beliebige Kombination von Modulen verwendet werden kann.
Einfacher Gebrauch: Die stromsparenden Module werden über ein einziges D-SUB-Kabel angeschlossen, das sowohl Strom als auch Daten überträgt, was zu einer saubereren und einfacheren Einrichtung führt.

Die erwarteten Vorteile sind eine kürzere Entwicklungszeit und geringere Kosten für künftige Projekte.

Technische Implementierung

Verwendeten Schlüsseltechnologien und -komponenten:

CAN-Bus: Der primäre Kommunikationsbus für die Interaktion der Module. Das Hauptgerät (z. B. Speedgoat oder PC mit USB-CAN-Adapter) sammelt Daten und sendete Befehle über den CAN-Bus an die Module. Befehle.
Elektronische Entwicklung: Der Schwerpunkt lag auf der Entwicklung von wiederverwendbaren Modulen, wie z. B. Ventilsteuerungen und Gebläsemodulen. Um die Kosten zu senken wurden nach Möglichkeit Standardteile verwendet.
Modularer Aufbau: Jedes Modul besteht aus zwei oder mehr von IMT entwickelten Leiterplatten - einer Hauptplatine für die Stromwandler- und CAN-Transceiver-Funktionen und einer Adapterplatine zur Integration der speziellen Funktionen des Moduls. Für die Integration des Mikrocontrollers wurde die Nucleo-Platine verwendet.
3D-Druck: Die Modulgehäuse wurden mit dem SLS-Drucker von IMT gedruckt.
Software: Für die einfache Interaktion mit dem System wurde eine Python-Bibliothek bereitgestellt, und für die Signalverarbeitung in Simulink-Echtzeit wurde eine Simulink-Bibliothek entwickelt.

Entwickelte Module:

Gebläse (Turbine)
Proportionalventil (Stromregler)
Spannungsregler
Piezo-Pumpen-Modul
Schrittmotor-Modul
Sensormodul (Drucksensor, Massendurchflusssensor, Temperatursensor)
UART-Modul für IMT-Analysegeräte
ADC/DAC-ModulProportional Valve (Current controller)

Diese Komponenten und Technologien gewährleisten Modularität, Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit.

Ergebnis

Das Projekt führte zur Verfügbarkeit der Pneumatik-Toolbox für IMT-Entwickler, die eine schnellere Prüfung und Entwicklung neuer Geräte ermöglicht. Die Module wurden in Prüfstände integriert und in Entwicklungsprojekten eingesetzt, was eine frühzeitige Prüfung von Pneumatikkonzepten ermöglichte. Das erworbene Wissen über Elektronikdesign wurde auch in Kundenprojekten eingesetzt, wovon die Kunden indirekt profitierten. Das Projekt begann im Oktober 2022, und der erste funktionierende Satz von Modulen wurde ein Jahr später fertiggestellt.

Das neue Tool hat die Entwicklungszeit und -kosten erheblich reduziert und ermöglicht es IMT, hochwertige, innovative Lösungen effizienter zu liefern.

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