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运动和运动控制技术在骨科手术中起什么作用?gydF4y2Ba

运动和运动控制技术在矫形外科领域有几个关键的作用。这一领域的应用要求高且多样化。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，再到在触觉界面设备中产生力反馈。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

骨科工具内部的电机通常是驱动骨锯、钻头或剃须刀等设备的主要动力源。在这些变速应用中，电机需要直径特别小，重量轻，并能够高速运行。它们还需要能够持续高功率运行。外科应用中发现的独特环境要求驱动了对奇异材料、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还将这些专业电机与优化的控制产品相匹配，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

当手术工具需要机器人控制或在矫形手术过程中主动支撑时，对运动和运动控制技术的一套完全不同的性能要求就出现了。在这里，定位电机或“伺服电机”需要产生高扭矩，但不一定是高连续功率。在这种情况下，直径较大、转速相对较低的电机效果最好。对于伺服定位，电机的“功率重量比”通常不那么关键，但它的“扭矩惯量比”通常更关键。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，或在保持位置时对负载变化做出反应。为了支持高动态，伺服电机配备了高分辨率编码器，为更复杂的伺服放大器控制提供了必要的反馈。高极数FAULHABER BXT电机，在磁层压外流道配置，在这种情况下，擅长。BXT电机的可用性，辅以广泛的GPT行星齿轮箱，高分辨率光学，磁和绝对编码器，以及微型智能伺服放大器，使充分优化的伺服系统成为可能，与FAULHABER合作时，作为垂直集成供应商。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，应用于触觉界面的电机在骨科手术中发挥着完全不同的作用。半岛app官网事实上，在触觉设备中使用的马达实际上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产生一个参考信号，同时也为外科医生远程执行手术提供一种真实的力或阻力感。在触觉设备中，电机的速度和功率不是那么重要，相反，灵敏度和保真度是至关重要的。用于触觉界面的电机必须具有非常低的惯性;否则，外科医生在与设备交互时会感到不自然的飞轮效应。此外，在触觉设备中使用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水平。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受手术过程，而不会感到电机几何形状的一些不必要的寄生效应。通过精密齿轮装置将零齿轮马达与外科医生的手连接起来，就像精密机械瑞士手表内部的齿轮装置一样，为外科医生提供了一种感觉完全自然的触觉。 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!

马达和运动控制技术的发展如何推动骨科手术治疗?gydF4y2Ba

推进骨科手术治疗的主要技术驱动力之一是用于手术工具和末端执行器的运动技术的小型化。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。或者，如果一个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会减少支撑它所需的所有机器人结构元件的尺寸、质量和成本。简单地说，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电机确实是值得的。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，通常必须考虑哪些因素?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。这是因为对于一个固定的输出功率水平，如果电机的表面积或外壳尺寸减小，电机的表面温度将会增加。通过更小的电机外壳来提供更高的功率水平，这意味着必须在缩小的表面积上散发更多的热量，从而进一步提高温度。因此，优化管理电机的热设计成为电机设计的关键因素。表征热质量和热电阻率之间的各种元素之间的电机内部有一个非常大的影响，在骨科应用中执行的能力。gydF4y2Ba

高性能电动机的设计是复杂的。配置电机的磁几何形状以最大限度地减少损耗，同时最大限度地提高扭矩，这是至关重要的。最大限度地填充铜，同时保持在高温下无槽设计中线圈的结构完整性，是特别具有挑战性的。要突破所有机械元件的极限，就需要对应力、应变和磨损进行详细分析。电气绝缘材料必须选择高介电强度和有效的热性能。设计需要在高速下安静地工作，并提供平稳的扭矩。设计需要是可制造的，他们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，不断推动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还能够利用电机技术和基础设施方面的关键投资，为手术机器人领域的应用制造完整的运动控制系统。半岛app官网gydF4y2Ba

个别手术程序和特定条件下的治疗如何影响电机和运动控制设计?gydF4y2Ba

简单地说，电机和运动控制系统需要为每个独特的手术最终用例定制工程。在骨科手术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工作。了解这个速度和扭矩是设计定制电机或运动控制解决方案的起点。有了这个出发点，可以进行热分析，以确定物理上电机可能有多大，哪种类型的电机可能工作得最好，以及是否需要齿轮传动或直接驱动方法。gydF4y2Ba

除了功率的大小，同样重要的是要考虑需要传递什么样的运动质量来促进最终过程。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，线性，旋转，增量，绝对或无传感器。讨论运动质量，也将直接导致讨论轴承类型，配置选项，润滑剂，以及一些关于在需要时最好定位反馈传感器的想法。运动质量也将导致讨论所需的带宽，刚度和控制的平稳性。当人们开始关注最佳解决方案时，就可以考虑如何将选定的元素相互连接，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终端用例封装元素。gydF4y2Ba

当FAULHABER在一个重大的新项目的概念化阶段或产品开发工作中被联系时，我们通过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人物，与客户的设计团队举行公开圆桌讨论来回应。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，并共同推动最佳最终解决方案时，就会产生最佳的结果和最适合的解决方案。gydF4y2Ba

外科医生(或客户)对运动控制系统和电机的要求是什么?gydF4y2Ba

外科医生从根本上专注于改善患者结果的手术。医疗设备制造商雇佣设计工程师，专注于开发执行这些外科手术所需的工具和设备。FAULHABER是一家垂直集成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，当然对最高性能的电机和运动控制技术非常感兴趣。但在更商业化的范围内，医疗设备制造商最常寻求有能力的供应商进行合作，以利用其独特的知识产权(IP)将新技术推向市场。通常，他们的知识产权集中在一些新的成像能力的应用上，一种新的外科手术，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，齿轮，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，始终如一，完美无缺，以提供一个关键的患者结果。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，正确地验证它，然后能够在满足苛刻的质量控制标准的同时提高产量。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。通过优化所有关键组件的设计集成，并在每个终端用例中应用最佳实践，在内部制造所有关键组件技术的垂直集成供应商能够控制供应并承担子系统的端到端系统责任。对于医疗器械制造商来说，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，骨科手术机器人的马达和运动控制系统将如何发展?gydF4y2Ba

手术工具中使用的运动技术小型化以降低对患者和外科医生的影响将继续成为一个潜水因素。半岛app官网机器人在骨科手术中的应用将越来越普遍。机器人辅助手术将可能用于几乎所有的骨科手术。今天，全球有70多家公司为各种程序提供系统。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从非常庞大的多臂系统到比饮料罐还小的系统。前者用于复杂的微创手术，后者系统仅用于精确地将仪器保持在最佳方向。gydF4y2Ba成功的运动和运动控制技术的系统集成是这一医疗趋势的核心。这些系统的安全标准将不断发展和改进。患者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他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

本文的内容和观点仅为作者个人观点，并不代表robotictomorrow的观点半岛app官网gydF4y2Ba

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