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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。
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