chirurgische robots en automatisering

Wat als u een chirurgische robot zou kunnen ontwerpen en bouwen die artsen helpt minder invasieve, nauwkeurigere operaties uit te voeren en betere patiëntresultaten te bereiken? Hoewel de resultaten van een operatie afhankelijk zijn van de uitdagingen van het specifieke geval en de vaardigheid van de chirurg, ondersteunen betere hulpmiddelen betere zorg. Hier leest u hoe motion engineering van de volgende generatie u kan helpen bij het ontwikkelen van de volgende generatie chirurgische robots.

content provided by Kollmorgen

Plaats de armen zo dicht mogelijk bij elkaar

Conventionele chirurgische robots omvatten grote kolommen met meerdere armen die een kleine camera vasthouden en verschillende instrumenten zoals scharen, grijpers, naaldhouders, clipapplicators en meer. Afhankelijk van de operatie wordt de ideale procedure uitgevoerd via een enkele, kleine incisie die tegelijkertijd plaats moet bieden aan de visualisatiecamera en eventuele benodigde instrumenten. Als u het een chirurg vraagt, zullen zij u vertellen dat de ideale invalshoek voor de camera en instrumenten in de incisieplaats zo parallel en dicht mogelijk bij elkaar ligt - zowel om trauma te minimaliseren als om eventuele discrepanties tussen het camerabeeld en de hoek waaronder elk instrument werkt te elimineren. Het bereiken van een identieke invalshoek is natuurlijk onmogelijk, omdat de instrumenten niet dezelfde ruimte kunnen innemen. De instrumenten van vandaag zijn echter erg dun en compact. Het is het ontwerp met één kolom en meerdere armen van conventionele chirurgische robots - plus het grootste deel van hun armgewrichten - dat de invalshoek beperkt wanneer meerdere instrumenten worden ingezet. Dit is de belangrijkste uitdaging om te overwinnen bij het ontwerpen van de volgende generatie robots.

Minimaliseer de axiale lengte van armgewrichten

Stand-alone armen bieden veel meer flexibiliteit in positionering in vergelijking met het conventionele ontwerp, waardoor meerdere armen kunnen worden uitgelijnd in een vlak dat veel dichter bij parallel ligt. Om het parallelle ideaal verder te benaderen, moet het grootste deel van elke arm worden geminimaliseerd. De beperkende factor voor hoe dicht de armen bij elkaar kunnen werken, is de axiale lengte van de armgewrichten. U hebt een motor en tandwielsysteem nodig dat al het benodigde koppel levert met de kortst mogelijke axiale lengte. Elke millimeter die wordt bespaard zonder afbreuk te doen aan de prestaties, helpt chirurgen effectiever te werken en creëert een belangrijk marktvoordeel voor uw chirurgische robot.

Start met de gearing
Motoren met een hoog koppel en korte stacklengtes zijn de sleutel tot het bereiken van een optimaal koppel terwijl de axiale lengte, het totale volume en het gewicht worden geminimaliseerd. Naast de stapellengte van de motor zelf, moeten echter ook de tandwiel- en feedbackapparaten nauw in de verbinding worden geïntegreerd. Uiteindelijk is het de tandwieloverbrenging die de relatief snelle beweging van de motor vertaalt in het lagere toerental en het hogere koppel dat nodig is om de belasting van de robotarm op de optimale snelheid te verplaatsen, nauwkeurig te positioneren en de belasting gestaag op zijn plaats te houden. Omdat de keuze van de tandwielen ook van invloed is op de axiale lengte van de verbinding, is dit de plek om te beginnen bij het maken van uw ontwerp. De vereiste snelheid, prestaties en laadpunten bepalen de juiste versnellingsset. Het maakt niet uit welke verhouding vereist is, deze toepassing vereist rekgolftechnologie, ook bekend als "harmonische" tandwieloverbrenging. Strain wave gearing biedt drie onmisbare voordelen. Het maakt de meest compacte axiale integratie in het gewricht mogelijk. Het biedt relatief hoge overbrengingsverhoudingen - meestal variërend van een versnellingsreductie van 30: 1 tot 320: 1 - om belastingen soepel te accelereren / vertragen en nauwkeurig te positioneren. En het werkt zonder speling om ongewenste bewegingen te minimaliseren die mogelijk de precisie van de procedure kunnen beïnvloeden of onnodig trauma kunnen veroorzaken.

Stem de motor af op de tandwieloverbrenging en thermische vereisten
Nadat u de juiste tandwieltechnologie en -verhouding hebt opgegeven, kunt u een motor selecteren op basis van de overbrengingsverhouding, de snelheid waarmee de arm moet draaien en de massa die deze moet vasthouden. Thermische stijging bij gebruik bij typische of maximale belasting kan ook een belangrijke overweging zijn, omdat overmatige hitte in de krappe begrenzingen van de verbinding het tandwielsmeermiddel, de encoderelektronica en andere componenten in de buurt kan beschadigen. Een motor die volledige prestaties kan leveren bij een lagere thermische stijging is wenselijk.

Profiteer van de D2L-regel
Als onderdeel van uw motorspecificatieproces kunt u de axiale lengte verder verminderen door middel van een vaak over het hoofd gezien principe van motorontwerp dat we de D2L-regel noemen. Bij het ontwerp van robotgewrichten is de diameter van de motor meestal van ondergeschikt belang. Om robotarmen zo dicht mogelijk bij elkaar te laten werken, moet u in plaats daarvan de axiale lengte minimaliseren. Met de D2L-regel kunt u een grotere diameter inruilen voor een aanzienlijk kleinere axiale lengte. Zo werkt het.

In de frameloze motoren die in robotgewrichten worden gebruikt, neemt het koppel toe of af in directe verhouding tot veranderingen in de motorlengte, maar als het kwadraat van veranderingen in de momentarm van de motor. Met andere woorden, onder de D2L-regel produceert het verdubbelen van de momentarm - en daarmee ongeveer het verdubbelen van de totale diameter - een viervoudige toename van het koppel. Of, relevanter voor het ontwerp van chirurgische robots, door de momentarm te verdubbelen, kunt u de stapelhoogte met een factor vier verminderen met behoud van hetzelfde koppel. Dit is een enorm voordeel wanneer uw ontwerpprioriteit ligt bij het bereiken van de meest compacte axiale lengte.

Optimaliseer mechanische, elektrische en thermische efficiëntie met TBM2G
Kies voor de prestaties van chirurgische robots van de volgende generatie motoren die speciaal zijn ontworpen voor robottoepassingen. Kollmorgen's TBM2G frameloze motoren zijn ontworpen om alle technische uitdagingen aan te pakken waarmee u wordt geconfronteerd.

TBM2G-motoren leveren ongekende mechanische, elektrische en thermische efficiëntie in de meest compacte robotverbindingen. Ze zijn verkrijgbaar in maten onder 1" in axiale lengte - inclusief einddraaiingen en pc-borden - terwijl ze de hoogste koppeldichtheid van de bewegingsindustrie leveren voor hun grootte. En ze zijn ontworpen om alle prestaties te leveren die u nodig hebt met een aanzienlijk lagere thermische stijging, waardoor de integriteit en prestaties van alle componenten in uw robotverbinding worden beschermd.

TBM2G-motoren zijn ook geoptimaliseerd om te werken met direct beschikbare zero-backlash, high-ratio strain wave tandwielsets, zonder aanpassing of aanpassing. Zo kunt u uw ontwikkelingstijd versnellen, rekenen op een betrouwbare productievoorziening en chirurgische robots leveren waarmee artsen instrumenten zo dicht mogelijk bij elkaar en zo dicht mogelijk bij parallel kunnen bedienen.