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E se você pudesse projetar e construir um robô cirúrgico para ajudar os médicos a realizar operações menos invasivas e mais precisas e a obter melhores resultados para os pacientes? Ainda que os resultados de qualquer cirurgia dependam dos desafios do caso específico e das habilidades do cirurgião, ferramentas melhores proporcionam cuidados melhores. Veja como a próxima geração de engenharia de motion pode ajudar a desenvolver a próxima geração de robôs cirúrgicos.
Aproxime os braços o máximo possível
Os robôs convencionais de cirurgia incluem grandes colunas com diversos braços segurando uma pequena câmera e vários instrumentos, como tesouras, pinças, porta-agulhas, aplicadores de grampos, entre outros. Dependendo da cirurgia, o procedimento ideal é realizado por meio de uma única e pequena incisão que deve, simultaneamente, acomodar a câmera de visualização e os instrumentos necessários.
Se você perguntar a qualquer cirurgião, ele dirá que o ângulo ideal de aproximação da câmera e dos instrumentos no local de incisão é o mais paralelo e próximo possível, tanto para minimizar o trauma e para eliminar quaisquer discrepâncias entre a visualização da câmera e o ângulo no qual cada instrumento opera.
Obter um ângulo de aproximação idêntico é, obviamente, impossível, já que os instrumentos não podem ocupar o mesmo espaço. No entanto, os instrumentos atuais são bem finos e compactos. É o projeto de coluna única e com diversos braços dos robôs convencionais de cirurgia, além do grande tamanho das juntas dos braços, que limita o ângulo de aproximação quando vários instrumentos são utilizados. Este é o principal desafio a ser superado ao projetar a próxima geração de robôs.
Diminua o comprimento axial das juntas dos braços
Braços independentes fornecem muito mais flexibilidade de posicionamento em comparação ao projeto tradicional, permitindo que diversos braços sejam alinhados em um plano que se aproxima muito mais do paralelo. Para se aproximar ainda mais do ângulo paralelo ideal, o volume de cada braço deve ser diminuído.
O fator que limita a proximidade de operação dos braços é o comprimento axial das juntas dos braços. Você precisa de um motor e de um sistema de acoplamento que forneça todo o torque necessário com o menor comprimento axial possível. Cada milímetro economizado sem comprometer o desempenho proporciona aos cirurgiões um trabalho mais efetivo e cria uma vantagem de mercado importante para seu robô cirúrgico.
Comece pelos acoplamentos
Motores de alto torque com comprimentos curtos dos ímãs do rotor são essenciais para obter um torque otimizado e para diminuir o comprimento axial, o volume e o peso totais. No entanto, além do comprimento dos ímãs do rotor do motor em si, os dispositivos de acoplagem e feedback também precisam estar firmemente integrados à junta.
Em última análise, é o acoplamento que traduz o motion de velocidade relativamente alta do motor na velocidade mais baixa e no torque maior necessários para movimentar a carga do braço robótico em velocidade otimizada, posicioná-lo com precisão e manter a carga em uma posição firme. Como a seleção do acoplamento também afeta o comprimento axial da junta, é aqui que você deve começar a criar seu projeto.
A velocidade, o desempenho e os pontos de carga necessários vão determinar o conjunto de engrenagens apropriado. Independentemente da relação necessária, esta aplicação pede uma tecnologia strain wave, também conhecida como acoplamento "harmônico".
O acoplamento strain wave oferece três vantagens indispensáveis. Ele oferece a integração axial mais compacta com a junta. Ele oferece razões de engrenagens altas, geralmente incluindo uma redução de engrenagem de 30:1 para 320:1, para acelerar/desacelerar cargas de forma estável e posicioná-las com precisão. E também opera sem folgas para minimizar movimentos indesejados que poderiam afetar potencialmente a precisão do procedimento ou induzir a traumas desnecessários.
Ajuste o motor aos requisitos térmicos e de acoplamento
Tendo especificado a tecnologia de engrenagens apropriada e a relação, você pode selecionar um motor com base na relação de engrenagens, a velocidade com a qual o braço deve se movimentar e o peso que ele precisa suportar. O aumento térmico durante a operação com cargas normais ou de valor máximo também pode ser uma consideração importante, já que o calor excessivo nos espaços confinados da junta pode danificar a lubrificação do acoplamento, a parte elétrica do encoder e outros componentes localizados nas proximidades. Um motor que tenha um desempenho completo em um aumento térmico mais baixo é desejável.
Aproveite a regra D2L
Como parte do seu processo de especificação de motores, você pode reduzir ainda mais o comprimento axial por meio de um princípio de projeto de motores geralmente negligenciado que nós chamamos de regra D2L.
Nos projetos de juntas robóticas, o diâmetro do motor comumente é visto como uma preocupação menor. Para permitir que os braços robóticos operem juntos da maneira mais próxima possível, é preciso diminuir o comprimento axial. A regra D2L permite que você troque um diâmetro maior por um comprimento axial reduzido de maneira significativa. Funciona da seguinte maneira:
Nos motores sem carcaça usados em juntas robóticas, o torque aumenta ou diminui em uma proporção direta com as mudanças no comprimento do motor, mas em dobro em relação às mudanças no braço do momento do motor. Em outras palavras, com a regra D2L, duplicar o braço do momento (e duplicar aproximadamente o diâmetro geral), produz um aumento quádruplo no torque.
Ou, de forma mais relevante para o projeto de robôs cirúrgicos, duplicar o braço de momento permite reduzir a altura do ímã do rotor em quatro vezes e ainda manter o mesmo torque. Trata-se de uma grande vantagem quando a prioridade do projeto é obter o comprimento axial mais compacto possível.
Otimize a eficiência mecânica, elétrica e térmica com o TBM2G
Para o desempenho da próxima geração de robôs cirúrgicos, escolha motores projetados especialmente para aplicações robóticas. Os motores sem carcaça TBM2G da Kollmorgen são desenvolvidos para lidar com todos os desafios de engenharia que você enfrenta.
Os motores TBM2G oferecem eficiência mecânica, elétrica e térmica sem precedentes nas juntas robóticas mais compactas possíveis. Eles estão disponíveis em tamanhos inferiores a 1 pol. em comprimento axial, incluindo giros finais e placas de PC, oferecendo a maior densidade de torque da indústria de Motion para este tamanho. E eles são projetados para oferecer todo o desempenho que você precisa com um aumento térmico consideravelmente mais baixo, ajudando a proteger a integridade e o desempenho de todos os componentes em sua junta robótica.
Os motores TBM2G também são otimizados para trabalhar com conjuntos de engrenagens strain wave de relação alta e folgas zero prontamente disponíveis, sem a necessidade de modificações ou personalizações. Assim, você pode acelerar seu tempo de desenvolvimento, contar com um fornecimento de produção confiável e oferecer robôs cirúrgicos que permitem que os médicos operem os instrumentos tão próximos e paralelos quanto possível.
Escolha um parceiro que possa ajudar em seu sucesso
Outro benefício dos motores TBM2G é que eles contam com o conhecimento e o suporte de um parceiro de engenharia que entende e que pode atender os requisitos singulares do projeto e da produção de robôs cirúrgicos.
Conte com nossas opções de suporte de autoatendimento, como nossas ferramentas de desenvolvimento online, oportunidades de e-learning, base de conhecimento e a comunidade de especialistas na Rede de desenvolvedores da Kollmorgen. E quando você precisar de ajuda individual, saiba que você pode entrar em contato conosco a qualquer momento por meio de chats on-line ou pelo telefone para conversar com engenheiros que entendem por completo nossos produtos e seus requisitos, e que são comprometidos com o seu sucesso.
Porque melhores ferramentas significam melhores cuidados, e um ramo comercial mais eficaz de robôs cirúrgicos.
