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醫用電機

? 產品型號:DP163-04&05 ? 外徑:16mm圓形 ? 減速比: 1:4-1:1621 ? 輸出電壓:12V, 24V ? 傳動輸出軸:金屬輸出軸 ? 適用驅動電機:12V、24V直流電機
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  現如今,外科機器人以及由機器人所輔助的外科設備通常要求無刷直流電機來滿足既定的要求。雖然電機與運動是所有機器人的核心,但是外科機器人要求具備傳統機器人與傳統外科工具的兩項能力。另外,使用在手術上的設備必須是無菌的。盡管在再處理期間重復蒸汽滅菌,這些設備必須可靠地并且連續地工作。

 

  除了可靠性的要求外,外科手術設備設計者必須確保它們的終端設備滿足精確的速度與扭矩要求,有能力承受高溫滅菌的要求,在手術期間保證涼爽,并且滿足極端的定位要求。這些設備知道需要適合它們應用的運動要求,這個已經合適地被定制,與它們的工具集成,并且做出合適的權衡來滿足性能。在手術室中,滿足維持與保存無菌領域的方法是預防感染,交叉污染,以及疾病傳播,這是都是非常關鍵的方面。

 

  有一些常用的方式來滿足既定的無菌:

 

  一次性工具:在某些例子中,醫院與醫生來挑選使用,一次性,單個使用的設備。這些通常利用一些不昂貴的電機(假設壽命沒有要求),以及塑料的組件。這些工具在每次手術之后,必須被丟棄。

 

  盡管這個方式簡化了再處理并且消除了設備保養的要求,但是這使得設備的供應必須是連續的,并且醫院會制造出大量有害的廢物。除此之外,一次性的設備并不是典型的經濟選項,當考慮到醫院的總體成本時。

 

  模塊化設計,使用非無菌設備:另一種設計設備的方法是使得暴露的組件是無菌的,但是其它的部分并不是如此。這里,一個設計可能包含電機,控制器,以及在外殼內的電池組-并且為了無菌的考慮,醫院的工作人員從工具上移除電機與電池組。這個方式要求:一個特殊的過程必須被正確的遵循來保證再處理設備被合適的無菌化并且需要更加持久的電子組件以及在由于重復的從系統中斷開與再連接的電機與電池的連接。

 

  保護性的電池:另一種方式是使用無菌屏障來覆蓋機器人手臂或者設備-例如,一個塑料的覆蓋或者翻蓋。當成功地使用后,這些電池維持在一個無菌的領域中并且消除了從外在領域使用再生產的設備。這種方式在大型的手術機器人系統中是一個非常常見的方式-因為對于整個系統進行高壓滅菌是不切實際的。

 

  機器人系統的人體工程學要求同樣也不同于哪些傳統工具。更加詳細地說,該電機可能物理性地遠離外殼終端終端執行器并且通過電纜驅動來傳輸運動-對于傳統的手術而言,這個可能不是非常便利,當一個外科醫生必須精確地操控一個工具來完成一個精細的任務。

 

  這種設計方式對于殺菌要求不高的醫療設備而言,是一個通常額選擇,例如牙醫與紋身應用。但是包含一個復雜覆蓋方案的缺陷是需要系統性的移除與替代,這個極大地增加了在手術中實施手術的時間。覆蓋可能非常龐大并且笨重,并且會降低手術室中的能見度-這反而降低了手術的有效性。

 

  能夠經受高壓消毒的電機:醫療設備也能被設計成只使用可滅菌組件的設備。在這些設計中,電機必須是可滅菌的??蓽缇臒o刷直流電機讓設備制造者生產由于經過滅菌過程能夠被信任的無菌的高功率人體設備。這些優勢也能夠在機器人輔助的外科設備當中看見,大多數的這些使得小尺寸,高功率,可持久,高效率,低噪音,以及長壽命的無菌設備成為必要。

 

 

  什么是高壓滅菌器循環?

 

  大多數使用在醫院中的滅菌方式是高溫效率,也被稱為蒸汽滅菌。在高壓消毒的期間,外科工具被完全暴露在百分百濕度,135攝氏度,以及氣壓變化的環境中達到18分鐘以上。大多數高壓滅菌器有額外的真空循環來促進蒸汽滲入以及殺死能夠隱藏在設備中微小的洞的病毒,真菌,細菌和孢子。反復暴露在這個環境中,通常會導致嚴重的電氣與腐蝕問題,如果電機與設備設計不充分的話,是不足以承受這些條件。

 

  用于外科設備的高壓滅菌的無刷直流電機設計

 

  傳統的電動工具與機器人輔助的外科設備能夠使用無刷直流特技在有槽或者無槽的配置。注意,有槽與無槽是指在電機定子的疊片類型。這些科技有他們自身的優勢,并且應用程序要求決定了哪一個技術適合當前的設計。

 

  無槽的無刷直流電機技術在外科電機這一市場上已經是一個證明了的措施。在有槽的電機中,這個銅線被纏繞在層疊的槽內-因此是固定保護的。額外的絕緣層以及模型材料能夠被輕易增加而不會影響電機的性能。這種物理構造使得無槽直流電機在微型移動設計中出類拔萃,足夠堅固,以至于能夠承受極端的環境條件,例如在高壓滅菌設備中,或者在手術期間將電機暴露在鹽水與其它污染物之中。

 

  另外,有槽的設計包括:

 

  易于定制電磁學(繞組,疊片長度以及等等):

 

   非常高的絕緣電阻(1600伏交流或者更高)

 

   改善的熱消散以及更高的連續扭矩

 

   一個小的磁性氣隙來允許更薄的磁鐵以及一個更高的永久系數(這個在一個大的溫度范圍內傳遞扭矩穩定性)

 

  • 相比于無槽無刷直流電機,更低的轉子慣量

 

  無槽電機是另外一種無刷直流電機技術。這些電機是非常有能力的并且能夠適合于各種應用之中。在無槽電機上,線圈是在一個單獨的外部應用之中,并且是一個自我支持的子組件。

 

  在電機組裝期間,剛性線圈是直接插入在氣隙之中。在這個設計中,線圈中的磁感應隨著氣隙增大而減少,在這種電機中的感應,通常小于有槽的無刷直流電機,一個更大的以及更加有力的磁鐵是被需要用來滿足感應損失的。

 

  盡管,無槽電機能夠被設計用來通過感應,在暴露中的設備有一層保護性的膜而忍受蒸汽滅菌,但是相比于有槽電機,從極端的環境條件下獲得長期的以及可以依賴的保護是非常具有挑戰性的。如果高壓或者高滅菌周期不需要的話,在一個給定的應用中,一個無槽的設計可能是非常有利的:零啟動轉矩(無齒槽),在非常高速的狀態下進行平滑的運行,增加電機扭矩,高峰值扭矩能力。

 

  一些外科手術過程或者設備應用要求對于電機的高精度控制。對于使用高精度傳感器,視覺系統,觸覺反饋,或者3D打印的機器人輔助外科設備,這是正確的。外科手術的成功實施或許需要對于電機輸出的極端精確控制。精確的要求或許可能已經超越了傳統的霍爾傳感器,在每60度的情況下,能夠監控轉子的位置。使用一個編碼器能夠提供速度控制的反饋以及小于1度增加的轉子位置反饋。

 

  編碼器能夠提供相比于或者傳感器所能提供的在更高精度下的角位置測量。這些反饋支持位置控制以及更好的無刷直流電機精度。從編碼器測量的位置測量,加速與方向都是能夠推斷的。

 

  建議: 當指定編碼器的時候,第一個決定的是要求的精度與分辨率。這個技術類型必須要被選擇。在旋轉編碼器中,光學與磁性是非常普遍的技術。

 

  在高壓滅菌之中,例如外科工具,磁性編碼器是一個典型的健壯的以及可以依賴的選項。增量或者絕對型的反饋,在傳遞角度值的時候,是兩個常見的變量。如果使用增量信號,一個索引脈沖,每旋轉一次,一個技術其被需要用來計算絕對角度位置。否則,反饋就是相對的。

 

  絕對反饋是典型的串行通信,例如SSI,SPI,或者BiSS來提供一個0到360度的編碼角度值。拓眾提供的選項包括:

 

   可滅菌選項-設計并測試超過2000個高壓循環

 

   每六步換向的霍爾傳感器信號(U, V, W)

 

   10位的增量型編碼器(A,B,Z)

 

   11位分辨率的絕對角度編碼器

 

   通過SPI輸出絕對位置

 

   在噪音環境下的不同輸出

 

   允許套管的離軸輸出

 

  現代外科設備-無論是傳統的手動工具還是機器人協助設備-都對于運動有著極端的要求。這些要求通過與電機供應商合作,而能夠得到滿足。

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