정형외과 로봇공학의 모터 및 동작 제어 기술

정형외과용 도구 내부에 있는 모터는 일반적으로 뼈톱, 드릴 또는 면도기와 같은 장치를 구동하는 주요 전원 역할을 합니다. 이러한 가변 속도 응용 분야에서 모터는 직경이 매우 작고 가벼우며 고속으로 작동할 수 있어야 합니다.

John Chandler, 제어 시스템 이사 | 파울하버 마이크로모

정형외과 수술 분야에서 모터 및 동작 제어 기술에는 몇 가지 핵심 역할이 있습니다. 이 분야의 응용 분야는 까다롭고 다양합니다. 기본 응용 분야는 수술 도구에 기본 전원을 공급하는 것부터 로봇 관절의 위치 제어, 햅틱 인터페이스 장치의 힘 피드백 생성에 이르기까지 다양합니다. 모터 및 모션 제어 기술의 다른 중요한 응용 분야에는 펌핑, 환기 및 투여 등이 포함됩니다. 이러한 고유한 기능 각각에는 고도로 전문화된 모터와 모션 제어 솔루션이 필요합니다.

정형외과용 도구 내부에 있는 모터는 일반적으로 뼈톱, 드릴 또는 면도기와 같은 장치를 구동하는 주요 전원 역할을 합니다. 이러한 가변 속도 응용 분야에서 모터는 직경이 매우 작고 가벼우며 고속으로 작동할 수 있어야 합니다. 또한 높은 전력 수준에서 지속적으로 작동할 수 있어야 합니다. 수술 응용 분야에서 발견되는 고유한 환경 요구 사항으로 인해 특수 재료, 윤활제, 베어링 기술, 오토클레이브 가능성, 엄격한 허용 오차 및 엄격한 품질 관리가 필요합니다. FAULHABER는 수술 도구 응용 분야에 사용하도록 특별히 설계된 BP4, BHS, BHT 및 BA 시리즈 브러시리스 모터 제품을 제공합니다. FAULHABER는 또한 이러한 특수 모터를 폐쇄 루프 속도 조절, 센서리스 작동 및 슬롯리스 고속 전력 밀도 모터에 최적화된 조정된 전력 공급을 지원하는 최적화된 제어 제품과 결합합니다.

수술 도구를 로봇으로 제어하거나 정형외과 시술 중에 적극적으로 지원해야 하는 경우 모터 및 모션 제어 기술에 대해 완전히 다른 성능 요구 사항이 나타납니다. 여기서 위치 결정 모터 또는 "서보모터"는 높은 토크를 생성해야 하지만 반드시 높은 연속 출력을 생성할 필요는 없습니다. 이 경우 직경이 크고 상대적으로 저속인 모터가 가장 잘 작동합니다. 서보 포지셔닝의 경우 모터의 "무게 대비 출력 비율"은 덜 중요하지만 일반적으로 "토크 대 관성 비율"은 더 중요합니다. 서보 메커니즘에 적용되는 모터는 위치를 유지해야 하지만, 위치를 변경할 때 매우 역동적이어야 하거나 위치를 유지할 때 부하 변화에 반응해야 하기 때문입니다. 높은 동역학을 지원하기 위해 서보모터에는 보다 정교한 서보 증폭기 제어에 필요한 향상된 피드백 수준을 제공하는 고해상도 인코더가 장착되어 있습니다. 자기 적층형 아웃러너 구성의 높은 극수 FAULHABER BXT 모터는 이러한 상황에서 탁월한 성능을 발휘합니다. 광범위한 GPT 유성 기어헤드, 고해상도 광학, 자기 및 절대 인코더, 소형 지능형 서보 증폭기로 보완되는 BXT 모터의 가용성은 FAULHABER와 협력할 때 완전히 최적화된 서보 시스템의 소싱을 가능하게 합니다. 수직 통합 공급업체입니다.

수술 도구에 전원을 공급하는 데 사용되는 가변 속도 모터나 로봇 공학에 사용되는 서보모터와 달리 햅틱 인터페이스에 적용되는 모터는 정형외과 수술에서 완전히 다른 역할을 합니다. 실제로 촉각 장치에 사용되는 모터는 실제로 모터보다는 발전기의 역할을 더 많이 합니다. 이는 햅틱 인터페이스의 목적이 로봇 제어 시스템이 따라야 할 기준 신호를 생성하는 동시에 원격으로 시술을 수행하는 외과 의사에게 현실적인 힘 또는 저항감을 제공하는 것이기 때문입니다. 촉각 장치에서 모터 속도와 전력은 덜 중요하지만 그 대신 감도와 충실도가 가장 중요합니다. 햅틱 인터페이스에 사용되는 모터는 관성이 매우 낮아야 합니다. 그렇지 않으면 외과의사가 장치와 상호 작용할 때 부자연스러운 플라이휠 효과를 느낄 것입니다. 또한 촉각 장치에 사용되는 모터는 일반적으로 철 없는 DC 또는 슬롯 없는 브러시리스 AC입니다. 왜냐하면 이러한 유형의 모터는 모든 각도 위치에서 고정된 수준의 전류에 대해 매우 일정한 수준의 토크를 제공하기 때문입니다. 따라서 이러한 모터를 "제로 코깅(Zero Cogging)" 모터라고 합니다. 적절한 제어 장치를 사용하면 정형외과 의사가 원격으로 절차를 감지하거나 느낄 수 있으며 모터 구조의 원치 않는 기생 효과를 느끼지 않을 수 있습니다. 정밀 기계식 스위스 시계 내부의 기어링 유형과 같은 정밀 기어링을 통해 제로 코깅 모터를 외과의사의 손에 연결함으로써 외과의사에게 완전히 자연스러운 촉각을 제공합니다. FAULHABER는 정말 민감하고 부드러우며 강력한 촉각 응용 분야에 최적화된 기어링을 갖춘 제로 코깅 모터를 제공합니다. 사실, 그것은 의사가 지시한 바로 그 것입니다!