通过基斯戟博士•portescap ||设备制造商和外科医生已经依赖于可灭菌的无刷直流（BLDC）电机，以满足手术手机的扭矩，速度和可靠性要求。现在手术机器人正在利用这些相同的能力。
今天的外科机器人和机器人辅助手术装置通常需要BLDC电机满足要求苛刻的要求。虽然电机和运动是所有机器人的核心，但外科机器人需要传统机器人和传统手术机的能力。此外，手术中使用的装置必须是无菌的。尽管在再处理期间重复蒸汽灭菌，但这些装置通常必须可靠且始终如一的功能，除了要求苛刻的现场使用。
这里显示的是手术机器人的一个例子。Portescap裁定电机与定制轴插管，电机电磁，安装功能，齿轮比和销连接（而不是飞行引线）的设计。简而言之，PortScap的专家设计工程师与设备工程师合作，将这些和其他功能定制到独特的需求手术手机或外科机器人。
除了可靠性要求之外，外科设备设计人员还必须确保其最终产品满足精确的速度和扭矩要求，承受灭菌的高温，在操作期间保持冷却，并满足极端定位需求。这些设备制造商需要适合于其应用的运动组件，并且已经适当地定制了与其工具集成的，并使适当的权衡进行优化性能。维持和保存手术室中无菌田地的方法，以防止感染，交叉污染，疾病传播是所有关键问题。
这里显示的是手术室中如此必不可少的动力手术手机的示例。Portescap为这些设计提供了高度专用的电机，以及关节镜剃须刀，矢状和振荡锯，中型和高速钻，其他矫形练习，电线驱动器和手术表演者。
以下是实现所需灭菌的最常见方法：
一次性工具：在某些情况下，医院和外科医生选择使用一次性的一次性工具。这些通常采用廉价的电机(不需要长寿命)和塑料组件。每次手术后都必须丢弃这些工具。
虽然这种方法简化了再处理，消除了工具维护的要求，但也需要保持工具的持续供应，并增加了医院产生的危险废物的数量。此外，考虑到医院的总成本，一次性工具通常不是最经济的选择。
使用非灭菌组件进行灭菌的模块化设计：另一种方法是设计设备，使得暴露的组件被灭菌，其他方法是没有。在这里，设计可以在外壳内部设立电机，控制器和电池组 - 医院工作人员在灭菌之前从工具中取出电机和电池组。这种方法要求正确遵循特殊过程，以确保再处理工具被正确消毒，并且由于电动机和电池从系统中重复断开和重新连接，因此可能需要更耐用的电子元件和连接。
保护障碍：另一种方法是用（通常是一次性）无菌屏障覆盖机器人臂或仪器 - 例如，塑料覆盖或塑料蛤壳。在成功执行时，这种障碍保持无菌场，并消除对待再加工领域外部的组件的需求。这种方法是具有大型外科机器人系统的常见 - 整个系统的高压灭菌是不切实际的。
机器人系统的人体工程学要求也与传统手机的要求不同。更具体地，电动机可以通过电缆驱动物理地远离手术末端执行器，并通过缆车传输运动 - 当外科医生必须精确地操纵手机来执行精细任务时，这可能是不可行的。
例如，这种设计方法对于具有较小严格的灭菌要求的医疗程序也是常见的 - 例如牙科和纹身应用。但是，下行包括需要系统拆卸和更换的复杂悬垂方案，这可以显着增加手术室从事手术的时间。悬垂也可以庞大和笨拙，可以降低外科剧院的可见性 - 反过来越来越低于外科医生的有效性。
可高压剥离电机：还可以仅利用仅可灭菌组件设计的医疗设备。在这种设计中，电机必须可被灭菌。在三十年前的灭菌BLDC电机引入让工具设计师生产出高功率人体工程学工具，由于整个工具通过灭菌过程，可以信任无菌。这些益处随身携带到机器人辅助手术器械，其中大部分也需要小尺寸，高功率，耐用性，效率，低噪音和长寿命的无菌设计。
什么是高压釜循环？
医院最常用的灭菌方法是高压灭菌，也叫蒸汽灭菌。在高压灭菌过程中，手术手工具暴露在100%的湿度、135ºC(275ºF)和压力变化下长达18分钟。大多数高压灭菌器也有额外的真空循环，以促进蒸汽渗透，杀死病毒、真菌、细菌和孢子，这些可能隐藏在设备的微观空洞中。重复暴露在这种环境中，通常会导致电机和设备出现严重的电气和腐蚀问题，这些设备的设计不足以承受这些条件。
用于外科器械的高压灭菌无刷直流电机设计
无论是传统的电动手动工具还是机器人辅助的手术设备，都可以在有槽或无槽配置中使用无刷直流电机技术。注意，有槽与无槽是指电机定子的层压类型。这两种技术都有各自的优点，应用程序需求决定了哪种技术更适合当前的设计。
这里显示的是有槽和无槽电机的精确运动控制的截面。传统的开槽电机以涂层成型的形式有绕组保护的空间。无槽电机提供其他好处，但不允许这样的空间绕组保护。
开槽的BLDC技术一直是手术电机市场的经过验证的解决方案，超过30年。在开槽电动机中，铜线线圈缠绕在层压堆的槽内 - 所以固有地保护。可以轻松添加额外的绝缘层和模塑材料而不会影响电动机性能。这种物理配置使得在微型运动设计中的开槽BLDC Excel足够坚固，以承受苛刻的环境条件，例如在高压釜中或在暴露于盐水和其他污染物的手术期间的手术期间。
此外，开槽设计提供:
- 易于自定义电磁学（绕组，层压堆长等）
•非常高的介电阻（1,600 V AC Hi-Pot或更高）
•改善散热，从而更高的连续扭矩
•允许使用较薄的磁铁和更高的持久系数（在大温度范围内赋予扭矩稳定性）的小磁空气间隙（赋予扭矩稳定性）
•较低的转子惯性而不是不合格的BLDC电机
无槽电机是另一种无刷直流电机技术。这些电机也很有能力，可能很适合应用。在无槽电机中，线圈在单独的外部操作中缠绕，是一个自我支持的子组件。
这是一款无刷直流槽电机。
然后，该刚性线圈在电动机组件期间直接插入气隙中。在这种设计中，由于气隙大，因此线圈中的磁感应降低。这种电动机的感应通常比在开槽BLDC电动机中小得多，因此通常需要更大且更强大的磁体来补偿诱导的损失。
虽然无缝电机可以设计为通过绝缘和其他防护电子元件上的保护涂层来承受蒸汽灭菌，但与开槽电动机相比，从恶劣的环境条件下实现持久和可靠的保护在苛刻的环境条件下是固有的更具挑战性。如果不需要高压剥离性或非常高的灭菌循环 - 有一个方面是一个不合件设计，对于给定的应用可能是一个优点：零置换扭矩（无齿槽），在非常高的速度下平滑，电动机惯性增加高峰扭矩能力。
这是Portescap尺寸9无刷直流槽电机。
一些外科手术或设备应用要求电机的高精度控制。这对于使用精密传感器、视觉系统、触觉反馈或3D映射以亚毫米级目标材料操作的机器人辅助手术设备来说是真实的。手术的成功实施可能需要极高精度的运动输出控制。精度要求可能会超过传统霍尔传感器提供的精度要求，后者可以以60°的增量检测转子位置。使用编码器可以提供反馈控制速度和定位转子在<< 1°增量。
编码器提供转子轴的角位置测量，比三个霍尔传感器可以提供更高的精度。这种反馈支持位置控制和更好的无刷直流电动机控制精度比其他可能。从编码器测量的位置测量中，可以推断出加速度和方向。
提示：在指定编码器时，首先确定所需的准确性和分辨率。还必须选择技术类型。光学和磁性是旋转编码器中最常见的技术。
在诸如外科手术工具的可高压灭菌应用中，磁编码器通常是坚固且可靠的选择。增量或绝对反馈是传送角度值的两个常见变体。如果使用增量信号索引脉冲，则每次旋转一次，并且需要计数器来计算绝对角度位置。否则反馈是相对的。
这是一个可容易剥离的编码器。
绝对反馈通常是串行通信，例如SSI，SPI或BIS，以提供0°和360°之间的编码角度值。PortScap的选项包括：
•可灭菌的选项 - 设计和测试到2,000多个高压釜周期
•霍尔传感器信号用于6步换向（U，V，W）
•10位增量编码器（A，B，Z）
•11位分辨率绝对角度编码器
•通过SPI输出绝对位置
•噪声环境的差分输出
•轴外安装允许插管
现代外科手术设备——无论是传统的手动工具还是机器人辅助设备——都有极其苛刻和精确的运动要求。这些要求可以通过与具有必要技术和经验的传统手术手工具和机器人辅助手术设备的电机供应商合作来满足。
Portescap.|www.portescap.com
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