跳转到主要内容
blog | 最大限度地缩短机器人关节的轴长,打造下一代手术机器人。 |
|
全文阅读时间2分钟

如果能够设计并打造一种手术机器人,帮助医生进行创伤更小、精准度更高的手术并让患者取得更好的治疗效果,这会如何? 虽然所有手术的结果都取决于具体病例的挑战和外科医生的技术,但设备越好,得到的护理就会越好。 即刻探索新一代运动工程如何帮助开发下一代手术机器人。

尽量将机械臂靠在一起

传统手术机器人包含具有多个机械臂的大柱子,机械臂分别持一个微型相机和各种仪器,如剪刀、抓钳、持针器、施夹钳等。 根据手术的不同,可通过单个小切口进行理想手术,这个小切口必须同时容纳可视化相机和任何所需的仪器。

而任何一个外科医生都会告诉您,相机和仪器进入切口的理想角度需要尽可能地平行且靠近 — 既要尽量减少创伤,又要消除相机视图和每台仪器操作角度之间的任何差异。

当然,由于这些仪器不能占用同一空间,无法达到相同的进入角度。 然而,如今的仪器都非常纤薄小巧。 它们采用传统手术机器人的单柱多臂设计,加上大量的臂关节,从而在部署多个仪器时,可限制进入角度。 这是在设计下一代手术机器人时要克服的主要挑战。

尽管缩短臂关节的轴长

与传统设计相比,独立臂提供更大的定位灵活性,可在更接近平行的平面中对齐多臂。 为了进一步达到理想的平行,必须尽可能地减小每条手臂的体积。

限制手臂靠近程度的因素是臂关节的轴长。 您需要一个电机和齿轮传动系统,能够以尽可能短的轴长提供所需的所有转矩。 在不影响性能的情况下,每节省一毫米都可以帮助外科医生更有效地工作,并为手术机器人创造巨大的市场优势。

从齿轮传动入手

具有短叠片长度的高转矩电机是实现出色转矩的关键,同时可以最大限度地减小轴长、总体积和重量。 但是,除电机本身的叠片长度之外,齿轮传动和反馈装置也需要在关节内紧密集成。

最终,齿轮传动装置将电机的相对高速运动转换为可以合适速度移动机器人臂负载、精确定位并牢牢固定负载所需的较低速度和较高转矩。 由于选择齿轮传动也会影响关节的轴长,因此这是创建设计的第一步。

所需的速度、性能和负载点将确定合适的齿轮组。 无论需要什么比率,该应用都需要应变波技术,也称为“谐波”齿轮传动。

应变波齿轮传动具有三个不可或缺的优势。 能够在关节内实现高度紧凑的轴向集成。 提供相对高的齿轮比(齿轮减速范围通常为 30:1 至 320:1),以平稳加速/减速负载并对其精确定位。 可以零间隙运行,最大限度地减少任何可能影响手术精度或引起不必要创伤的额外运动。

根据齿轮传动和热要求匹配电机

指定适当的齿轮技术和齿轮比后,可根据齿轮比、臂所需运行速度和所需承载的质量来选择电机。 在典型或最大负载下运行时产生的温升也是一个重要考虑因素,因为在关节的狭窄范围内过热会损坏齿轮润滑剂、编码器电子器件和邻近的其他部件。 理想的电机能够在较低的温升下提供充分的性能。

利用 D2L 规则

作为电机规范流程的一部分,可通过经常被忽视的电机设计原理(我们称为 D2L 规则)来进一步缩短轴长。

在机器人关节设计中,电机的直径通常作为次要考虑因素。 为了使机器人臂尽可能紧密地工作,反而需要最大限度地缩短轴长。 通过 D2L 规则,可以通过加大直径来显著减小轴长。 工作原理如下。

在机器人关节中使用的无框电机,其转矩增加或减少与电机长度的变化成正比,而与电机力臂的变化成反比。 换言之,根据 D2L 规则,力臂增加一倍(由此总直径约增加一倍)会增加四倍的扭矩。

或者,与手术机器人设计更为相关的是,力臂增加一倍可以使叠片高度降低四分之一,同时保持相同的转矩。 如果设计优先事项是实现较为紧凑的轴长,则这是一个巨大的优势。

利用 TBM2G 优化机械、电气和热效率

为了实现下一代手术机器人性能,请选择专为机器人应用设计的新一代电机。 科尔摩根的 TBM2G 无框力矩电机旨在解决您面临的所有工程挑战。

TBM2G 电机在较为紧凑的机器人关节中提供出色的机械、电气和热效率。 其轴长(包括端部和 PC 板)尺寸不足 1 英寸,同时在运动控制行业中,相同尺寸下能够提供最高转矩密度。 它们旨在以明显较低的温升提供所需的全部性能,帮助保护机器人关节内所有部件的完整性和性能。

TBM2G 电机经过优化,还能够配合现成的零间隙、高比率谐波齿轮组工作,无需定制或修改。 因此,可以加快开发时间,依赖可靠的生产供应,打造允许医生操作的器械尽可能靠近或接近平行的手术机器人。

选择一个能帮助您获得成功的合作伙伴

使用 TBM2G 电机的另一个好处是,它们具有工程合作伙伴的专业知识和支持,能够满足手术机器人设计和生产的独特要求。

充分利用我们的自助服务支持选项,如我们的在线设计工具电子学习机会知识库科尔摩根开发者网络上的专家社区。 当您需要一对一的帮助时,可以随时联系我们,在线或通过电话与了解我们产品及您的需求,并致力于助您成功的工程师交谈。

因为更好的医疗设备意味着更好的医疗保健和更健康的外科机器人业务

联系专家咨询

TBM2G 低压无框力矩电机

这些新一代无框力矩电机可在紧凑、轻质的电磁组件提供高转矩密度,为谐波减速机提供标准匹配尺寸,并且拥有适用于大批量生产的先进设计,满足您的全球生产需求。

了解更多

卓越的工程设计

科尔摩根相信运动控制和自动化的力量可以创造更美好的世界。

了解更多

相关信息

加快新一代假肢和外骨骼的开发 >

Humotech 创立于 2015 年,它的诞生源自一个简单的问题:不同于传统的 原型机设计与制造流程,如果工程师可以通过编程让机器人在用户行走时实 时模拟假肢、矫形器、外骨骼和其他可穿戴机器装置,从而对它们进行评 估,那会怎么样?

紧凑高效的运动控制为潜水机器人提供动力, 实现燃料储罐在役检测 >

Square Robot 成立于 2016 年,是地面储罐机器人检测领域的创新者,这 类储罐往往用于储存柴油、汽油、煤油等油类和其他产品。通过持续开发机 器人、数据采集和数据处理技术,Square Robot 在实现在役检测方面具有 独特优势,力求确保储罐的完整性和安全性。

加速人形机器人从概念到原型再到生产的 3 个技巧  >

预计在未来 10 到 15 年内,人形机器人将成为价值高达 60 多亿美元的一大商机1。许多实验室、研究机构和新创公司已经注意到这一点,正在争相开发概念和原型,以便在竞争中取得优势。 当然,该目标必须是设计和打造出一种可以随时制造并投放市场的机器人 — 即一种客户能接受的人形机器人。

精益求“精”:科尔摩根助力MEMS传感芯片测试设备高精运行,为“芯”科技赋能 >

即刻探索科尔摩根直驱技术如何为MEMS传感芯片测试提供可靠保障。

技术革新:科尔摩根助力硅片干法匀胶机创新升级,为“芯”科技赋能 >

邀您揭秘科尔摩根无框技术助力高性能干法匀胶机创新升级的秘诀。

AI康复,全面呵护|高赋能直驱,康复医疗智能时代的“黑科技” >

高端医疗技术获得了高速发展,康复机器人的发展也占据了一席之地。康复机器人的应用原理是将机器人技术和医疗技术相结合,针对不同部位辅助训练和治疗康复,以帮助具有运动功能障碍的患者恢复大脑对肢体的控制, 重新恢复运动功能,提高患者日常生活能力。

使用重量轻、转矩密集、专为机器人量身定制的运动控制,打造出色的人形机器人  >

在很短的时间内,人形机器人就从科幻走向现实,并发展为市值 60 多亿美元的商机。 了解如何通过解决远远超出传统工业机器人要求的运动控制挑战,在这个呈指数级增长的市场中取得成功。

人形机器人:从设计到交付 >

人形机器人有望改善数百万人的生活和工作。 然而,要创造出一种设计,在执行任务时兼具人类的灵巧性和超越人类的耐久性,并成功将其推向市场,这意味着需要同时解决多个设计难题。 了解如何从原型机设计阶段开始,通过实施更智能的开发实践和机器人运动控制系统设计,将性能和可制造性融为一体。
让户外工作机器人工作更持久、运行更强劲

让户外工作机器人工作更持久、运行更强劲  >

从深海基础设施的维护修理到废水池的检查。 从有害的油气田到脏乱危险的建筑工地。 从研究样本采集到灾区搜救。 在上述应用和很多其他应用场合,户外工作机器人能够执行一些对人类来说过于肮脏和危险的任务。