骨科工具内部的马达通常作为驱动设备的主要电源，如骨锯、钻头或剃须刀。在这些变速应用中，电机需要直径特别小，重量轻，能够高速运行。gydF4y2Ba

骨科手术机器人中的马达和运动控制技术半岛app官网gydF4y2Ba

约翰·钱德勒，b|控制系统总监gydF4y2BaFAULHABER MICROMOgydF4y2Ba

03/15/23, 05:53 am |gydF4y2Babdapp安卓手机版 ，gydF4y2Ba移动机器人gydF4y2Ba|gydF4y2BaFAULHABER MICROMOgydF4y2Ba|gydF4y2Ba直流电机gydF4y2Ba，gydF4y2Babdapp安卓

运动和运动控制技术在骨科手术中扮演什么角色?gydF4y2Ba

运动和运动控制技术在骨科手术中起着重要的作用。该领域的应用要求苛刻且多样化。基本应用范围从为手术工具提供主要动力，到机器人关节的位置控制，到在触觉接口设备中产生力反馈。电机和运动控制技术的其他关键应用包括泵送，通风和加药，仅举几例。这些独特的功能都需要高度专业化的电机和运动控制解决方案。gydF4y2Ba

骨科工具内部的马达通常作为驱动设备的主要电源，如骨锯、钻头或剃须刀。在这些变速应用中，电机需要直径特别小，重量轻，并且能够高速运行。它们还需要能够在高功率水平下连续运行。在外科应用中发现的独特环境要求驱动了对特殊材料、润滑剂、轴承技术、高压灭菌性、严格公差和严格质量控制的需求。FAULHABER提供BP4, BHS, BHT和BA系列无刷电机产品，均专为手术工具应用而设计。FAULHABER还将这些专用电机与优化的控制产品配对，支持闭环调速，无传感器操作，并为这些无槽，高速，功率密集的电机优化了调谐功率输送。gydF4y2Ba

在骨科手术过程中，当手术工具需要机器人控制或主动支持时，对电机和运动控制技术的性能要求完全不同。在这里，定位电机，或“伺服电机”，要求产生高扭矩，但不一定是高连续功率。在这种情况下，一个较大的直径，相对低速电机工作最好。对于伺服定位，电机的“功率重量比”通常不太重要，但它的“扭矩惯量比”通常更重要。这是因为应用于伺服机构的电机需要保持位置，但它们在改变位置时也需要高度动态，或者在保持位置时对负载的变化做出反应。为了支持高动态，伺服电机配有高分辨率编码器，为更复杂的伺服放大器控制提供必要的反馈水平。高极数FAULHABER BXT电机，在磁性层压外流道配置中，在这种情况下表现出色。BXT电机的可用性，辅以广泛的GPT行星齿轮箱，高分辨率光学，磁性和绝对编码器，以及微型智能伺服放大器，当与FAULHABER作为垂直集成供应商合作时，使采购完全优化的伺服系统成为可能。gydF4y2Ba

与用于驱动手术工具的变速电机或用于机器人的伺服电机不同，用于触觉界面的电机在骨科手术中起着完全不同的作用。半岛app官网实际上，用于触觉设备的马达更像是发电机，而不是马达。这是因为触觉界面的目的是为机器人控制系统提供参考信号，但同时也为远程执行手术的外科医生提供真实的力或阻力感。在触觉设备中，电机速度和功率不是那么关键，相反，灵敏度和保真度是最重要的。用于触觉界面的电机必须具有非常低的惯性;否则，外科医生在与设备互动时会感到不自然的飞轮效应。此外，用于触觉设备的电机通常是无铁直流或无槽无刷交流，因为这种类型的电机在任何角度位置为固定水平的电流提供非常恒定的扭矩。因此，这些电机被称为“零齿槽”电机。通过适当的控制，整形外科医生可以远程感知或感觉手术过程，而不会感受到马达几何形状的一些不必要的寄生效应。通过精密传动装置将零齿槽马达连接到外科医生的手上，就像精密机械瑞士手表的传动装置一样，为外科医生提供了一种完全自然的触觉。 FAULHABER offers zero cogging motors with optimized gearing for haptic applications that are truly sensitive, smooth and forceful. In fact, they are just what the doctor ordered!

电机和运动控制技术的发展如何促进骨科手术治疗?gydF4y2Ba

推进骨科手术治疗的主要技术驱动因素之一是手术工具和末端执行器中使用的电机技术的小型化。有了更小的马达，设计工程师就能生产出更符合人体工程学的手术工具。更符合人体工程学的工具设计减少了外科医生的疲劳。另外，如果工具或末端执行器是机器人控制的，那么较小的工具尺寸和重量随后减少了支持它所需的所有机器人结构元件的尺寸、质量和成本。简而言之，无论是手持还是机器人控制，在手术工具或末端执行器中安装一个小而强大的马达确实是值得的。gydF4y2Ba

在设计和开发骨科手术机器人的电机和运动控制技术时，一般必须考虑哪些因素?gydF4y2Ba

使电机变小是具有挑战性的，但同时增加其输出功率，是两倍的挑战。这是因为对于固定水平的输出功率，如果其表面积或外壳尺寸减小，电机的表面温度将增加。通过更小的电机外壳提供更高水平的功率意味着更多的热量必须通过减少的表面积消散，从而进一步提高温度。因此，优化控制电机的热设计成为电机设计的关键因素。表征电机内部各种元件之间的热质量和热电阻率对其在骨科应用中的性能有很大的影响。gydF4y2Ba

高性能电动机的设计是复杂的。配置电机的磁性几何结构以最大限度地减少损耗，同时最大限度地提高扭矩产生，这一点至关重要。最大限度地填充铜，同时在无槽设计中保持线圈在高温下工作的结构完整性，是一项特别具有挑战性的工作。推动所有机械元件的极限需要对应力，应变和磨损进行详细分析。电绝缘材料的选择必须具有高介电强度和高效的热性能。设计需要在高速下安静地工作，并提供平稳的扭矩。设计需要可制造，并且需要满足苛刻的医疗质量标准。设计需要在骨科应用中安全使用。gydF4y2Ba

FAULHABER通过利用先进的多物理场设计工具，利用材料科学的进步，并通过不断改进制造这些高能电磁机器的艺术，不断推进电机技术在这个市场上的发展。作为该市场的垂直整合供应商，FAULHABER还能够利用在电机技术和基础设施方面的关键投资，为外科机器人应用制造完整的运动控制系统。半岛app官网gydF4y2Ba

针对特定情况的个别外科手术和治疗如何影响电机和运动控制设计?gydF4y2Ba

简而言之，电机和运动控制系统需要针对每个独特的手术终端用例进行定制设计。在整形外科工具的工作端发现的每个独特的轮廓形状或表面在特定的速度和扭矩水平下最有效地操作。理解这种速度和扭矩代表了设计定制电机或运动控制解决方案的起点。有了这个起点，就可以进行热分析，以确定电机的物理大小，哪种类型的电机可能工作得最好，以及是否可以采用齿轮传动或直接驱动方法。gydF4y2Ba

除了功率大小之外，同样重要的是要考虑需要提供什么样的运动质量来促进最终程序。这通常会导致对所需运动的分辨率、准确性和可重复性的讨论。这些信息有助于确定哪种反馈传感器是最好的;光学，磁性，线性，旋转，增量，绝对或无传感器。对运动质量的讨论，还将直接导致对轴承类型、配置选项、润滑剂的讨论，以及在需要时定位反馈传感器的最佳位置的一些思考。运动的质量也将导致讨论所需的带宽，刚度和平滑的控制。当最佳解决方案开始成为焦点时，可以考虑如何互连选定的元件，优化它们的性能，可制造性，质量和成本。最后，可以考虑如何最好地为每个最终用例包含元素。gydF4y2Ba

当在重大新项目的概念化阶段或产品开发工作中与FAULHABER联系时，我们的回应是召集一个跨学科的工程师团队，代表技术，设计，制造和质量方面的关键牛排，与客户的设计团队举行公开圆桌讨论。我们从经验中知道，当我们与客户一起从整体上看待设计和制造挑战时，我们会得到最好的结果和最适合的解决方案，并共同努力实现最佳的最终解决方案。gydF4y2Ba

外科医生(或客户)对运动控制系统和电机有什么要求?gydF4y2Ba

外科医生从根本上关注的是改善患者预后的程序。医疗设备制造商雇用设计工程师，专注于开发执行这些外科手术所需的工具和设备。FAULHABER是一家垂直整合的电机和运动控制供应商，为这些医疗设备制造商提供服务。我们的客户，医疗设备工程师，当然对性能最高的电机和运动控制技术非常感兴趣。但在更大的商业范围内，医疗设备制造商通常寻求有能力的供应商进行合作，将利用其独特知识产权(IP)的新技术推向市场。通常，他们的知识产权集中在一些新的成像能力、一种新的外科手术程序的应用上，或者甚至可能与信息技术的突破有关。然而，将这一关键IP推向市场所需的手术设备或系统包含一个复杂的运动控制子系统，包括;电机，传动装置，轴承，联轴器，丝杠，润滑剂，反馈传感器和驱动电子设备。所有这些机电元件需要作为一个系统一起工作，一致而完美地为患者提供关键的治疗结果。对于医疗设备制造商来说，成功或失败在很大程度上取决于与经验丰富的工程师一起执行新产品设计，正确验证它，然后能够在满足苛刻的质量控制标准的同时增加生产。gydF4y2Ba

像FAULHABER这样的垂直集成运动控制供应商拥有优化这一关键子系统设计所需的组件技术、工程和制造经验。垂直集成的供应商在内部制造所有关键组件技术，能够通过优化所有关键组件的设计集成以及在每个最终用例中应用最佳实践来控制供应并承担子系统的端到端系统责任。对于医疗设备制造商来说，通过ISO13485认证的运动控制系统供应商最有资格协助将新产品推向市场。gydF4y2Ba

未来五年骨科手术机器人的电机和运动控制系统将如何发展?gydF4y2Ba

在手术工具中使用的运动技术的小型化，以降低对患者和外科医生的影响，将继续是一个潜水因素。半岛app官网骨科手术中的机器人技术将变得更加普遍。机器人辅助手术将成为几乎所有骨科手术的可能。今天，全球有70多家公司提供各种程序的系统。例如，脊柱、膝盖、臀部、腹部、神经外科、耳朵、鼻子和喉咙部位的手术。gydF4y2Ba

手术室中使用的设备根据其用途有不同的设计。这些设备的外形因素范围从非常大的多臂系统到不大于饮料罐的系统。前者用于复杂的微创手术，后者系统仅用于准确地将器械固定在最佳方向。gydF4y2Ba运动和运动控制技术的成功系统集成是这一医疗趋势的核心。这些系统的安全标准将继续发展和改进。病人将从这场技术革命中受益。gydF4y2Ba

关于gydF4y2Ba约翰·钱德勒gydF4y2Ba
约翰·钱德勒gydF4y2Ba在密歇根大学学习电气工程，并在电子驱动和运动控制行业工作了34年以上。John的应用经验丰富，他专注于与医疗器械行业先进的OEM开发团队合作，强调协作和跨学科的方法gydF4y2Ba

本文的内容和观点是作者的，并不一定代表roboticstomorow的观点半岛app官网gydF4y2Ba

---

特色产品gydF4y2Ba

TM机半岛app官网器人- 600 SCARA机器人gydF4y2Ba

THE600 SCARA是一款功能强大的自动化工具，专为电子设备和汽车零部件行业的装配和检测应用而设计。从现有的THE400 SCARA的规格推进，THE600已经开发，以满足快速循环自动化不断增长的需求。THE600模型包括同步控制和跟踪精度的改进。THE600设计紧凑，提供改进的高速，在相同的价格范围内，有效载荷能力比竞争对手的SCARA型号高60%，使其成为性价比领导者。价格实惠，性能令人印象深刻。gydF4y2Ba

更多的产品gydF4y2Ba

产品特色gydF4y2Ba