對(duì)于下一代手術(shù)機(jī)器人，盡量減少機(jī)器人關(guān)節(jié)的軸向長(zhǎng)度

如果您可以設(shè)計(jì)和制造一個(gè)手術(shù)機(jī)器人，幫助醫(yī)生執(zhí)行侵入性更小、更精確的手術(shù)并實(shí)現(xiàn)更好的患者治療效果，那會(huì)怎樣？雖然任何手術(shù)的結(jié)果都取決于特定病例的挑戰(zhàn)和外科醫(yī)生的技能，但更好的工具支持更好的護(hù)理。以下是下一代運(yùn)動(dòng)工程如何幫助您開(kāi)發(fā)下一代手術(shù)機(jī)器人。

將手臂盡可能靠近放置

傳統(tǒng)的手術(shù)機(jī)器人包括帶有多個(gè)手臂的大型立柱，用于固定微型相機(jī)和各種器械，如剪刀、抓手、持針器、夾子涂抹器等。根據(jù)手術(shù)的不同，理想的手術(shù)是通過(guò)單個(gè)小切口進(jìn)行的，該切口必須同時(shí)容納可視化相機(jī)和任何所需的儀器。

如果您詢(xún)問(wèn)任何外科醫(yī)生，他們會(huì)告訴您，相機(jī)和器械進(jìn)入切口部位的理想角度是盡可能平行和靠近 - 既可以最大限度地減少創(chuàng)傷，又可以消除相機(jī)視圖與每個(gè)器械操作角度之間的任何差異。

當(dāng)然，實(shí)現(xiàn)相同的接近角度是不可能的，因?yàn)閮x器不能占據(jù)相同的空間。然而，今天的儀器非常薄和緊湊。這是傳統(tǒng)手術(shù)機(jī)器人的單柱、多臂設(shè)計(jì)，加上其手臂關(guān)節(jié)的龐大體積，限制了部署多臺(tái)器械時(shí)的接近角度。這是設(shè)計(jì)下一代機(jī)器人時(shí)要克服的主要挑戰(zhàn)。

最小化臂關(guān)節(jié)的軸向長(zhǎng)度

與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，獨(dú)立臂在定位方面提供了更大的靈活性，允許多個(gè)臂在更靠近平行的平面上對(duì)齊。為了進(jìn)一步接近并聯(lián)理想，必須最小化每個(gè)臂的體積。

手臂可以操作的緊密程度的限制因素是手臂關(guān)節(jié)的軸向長(zhǎng)度。您需要一個(gè)電機(jī)和齒輪系統(tǒng)，以盡可能短的軸向長(zhǎng)度提供所有必需的扭矩。在不影響性能的情況下節(jié)省每一毫米都有助于外科醫(yī)生更有效地工作，并為您的手術(shù)機(jī)器人創(chuàng)造重要的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。

從傳動(dòng)裝置開(kāi)始

具有短堆棧長(zhǎng)度的高扭矩電機(jī)是實(shí)現(xiàn)最佳扭矩的關(guān)鍵，同時(shí)最大限度地減少軸向長(zhǎng)度、總體積和重量。然而，除了電機(jī)本身的堆疊長(zhǎng)度之外，齒輪和反饋裝置也需要緊密集成在接頭內(nèi)。

最終，傳動(dòng)裝置將電機(jī)相對(duì)高速的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為較低的速度和較高的扭矩，以最佳速度移動(dòng)機(jī)械臂的負(fù)載，精確定位，并將負(fù)載穩(wěn)定地固定到位。由于齒輪的選擇也會(huì)影響接頭的軸向長(zhǎng)度，因此這是創(chuàng)建設(shè)計(jì)的起點(diǎn)。

所需的速度、性能和負(fù)載點(diǎn)將決定合適的齒輪組。無(wú)論需要什么比率，這種應(yīng)用都需要應(yīng)變波技術(shù)，也稱(chēng)為“諧波”齒輪。

應(yīng)變波齒輪具有三個(gè)不可或缺的優(yōu)點(diǎn)。它實(shí)現(xiàn)了接頭內(nèi)最緊湊的軸向集成。它提供相對(duì)較高的齒輪比（通常從 30：1 到 320：1 的齒輪減速）來(lái)平穩(wěn)地加速/減速負(fù)載并精確定位它們。它以零間隙運(yùn)行，以最大限度地減少任何可能影響手術(shù)精度或引起不必要?jiǎng)?chuàng)傷的不必要運(yùn)動(dòng)。

使電機(jī)與齒輪和熱要求相匹配

指定適當(dāng)?shù)凝X輪技術(shù)和傳動(dòng)比后，您可以根據(jù)齒輪比、臂必須運(yùn)行的速度以及需要保持的質(zhì)量來(lái)選擇電機(jī)。在典型或最大負(fù)載下運(yùn)行時(shí)的熱上升也是一個(gè)重要的考慮因素，因?yàn)樵诮宇^的緊密范圍內(nèi)過(guò)熱會(huì)損壞齒輪潤(rùn)滑劑、編碼器電子設(shè)備和其他靠近的組件。需要能夠以較低的熱升提供全部性能的電機(jī)。

利用 D2L 規(guī)則

作為電機(jī)規(guī)范流程的一部分，您可以通過(guò)我們稱(chēng)之為 D2L 規(guī)則的經(jīng)常被忽視的電機(jī)設(shè)計(jì)原理進(jìn)一步減小軸向長(zhǎng)度。

在機(jī)器人關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)中，電機(jī)的直徑通常是次要問(wèn)題。為了使機(jī)械臂盡可能緊密地結(jié)合在一起，您需要最小化軸向長(zhǎng)度。D2L 規(guī)則允許您以更大的直徑換取顯著減小的軸向長(zhǎng)度。這是它的工作原理。

在機(jī)器人關(guān)節(jié)中使用的無(wú)框電機(jī)中，扭矩的增加或減少與電機(jī)長(zhǎng)度的變化成正比，但隨著電機(jī)力矩臂的平方變化。換句話說(shuō)，在D2L規(guī)則下，力矩臂加倍，從而使總直徑大約翻倍，扭矩增加四倍。

或者，與手術(shù)機(jī)器人設(shè)計(jì)更相關(guān)的是，彎矩臂加倍可以讓您在保持相同扭矩的同時(shí)將堆疊高度降低四倍。當(dāng)您的設(shè)計(jì)優(yōu)先事項(xiàng)是實(shí)現(xiàn)最緊湊的軸向長(zhǎng)度時(shí)，這是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)。

利用TB+M2G優(yōu)化機(jī)械、電氣和熱效率

對(duì)于下一代手術(shù)機(jī)器人的性能，請(qǐng)選擇專(zhuān)為機(jī)器人應(yīng)用設(shè)計(jì)的下一代電機(jī)。科爾摩根的TBM2G無(wú)框電機(jī)旨在解決您面臨的所有工程挑戰(zhàn)。

TBM2G電機(jī)在最緊湊的機(jī)器人關(guān)節(jié)中提供前所未有的機(jī)械、電氣和熱效率。它們的軸向長(zhǎng)度小于 1 英寸，包括端部匝數(shù)和 PC 板，同時(shí)提供運(yùn)動(dòng)行業(yè)最高的扭矩密度。它們旨在以顯著降低的熱升提供您所需的所有性能，有助于保護(hù)機(jī)器人關(guān)節(jié)中所有組件的完整性和性能。

TBM2G電機(jī)還經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可與現(xiàn)成的零背隙、高應(yīng)變波齒輪組配合使用，無(wú)需定制或修改。因此，您可以加快開(kāi)發(fā)時(shí)間，依靠可靠的生產(chǎn)供應(yīng)，并提供手術(shù)機(jī)器人，使醫(yī)生能夠盡可能靠近和平行地操作器械。

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使用TBM2G電機(jī)的另一個(gè)好處是，它們具有工程合作伙伴的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和支持，該合作伙伴了解并能夠滿足手術(shù)機(jī)器人設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的獨(dú)特要求。

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