A csúszógyűrű csak akkor lehet hasznos egy sebészeti robotban, ha egy forgó ízületnek olyan elektromos folytonosságra van szüksége, amelyet a rugalmas kábelezés nem tud megbízhatóan biztosítani a szükséges mozgási tartományon belül. A mérnöki probléma tehát nem egyszerűen az "orvosi csúszógyűrű" megtalálása. Ennek célja, hogy meghatározza a teljes álló-forgó interfészt a csuklón belül, és bizonyítja, hogy mechanikai és elektromos viselkedése elfogadható marad, amíg a robot mozog.
Ez azért fontos, mert egy precíziós robotcsukló több kényszert is kombinálhat ugyanazon a helyen: korlátozott radiális vagy axiális tér, központi műszer vagy katéter átvezetése, alacsony rendelkezésre álló nyomatékhatár, motor vagy működtető teljesítmény, kódoló visszacsatolás, érzékelők, képalkotó vagy adatcsatornák, árnyékolás és földelés, valamint ismételt irányváltások. A statikus folytonossági teszten átmenő konstrukció az integráció után is elfogadhatatlan forgási ellenállást, szögfüggő jelhibákat vagy kommunikációs problémákat okozhat.
Ez az útmutató erre az integrációs és érvényesítési feladatra összpontosít. Nem helyettesíti a szélesebbetrobot csúszógyűrű kiválasztási útmutató, és nem helyettesíti a reklámotorvosi csúszógyűrűs megoldásokoldalon. Ezenkívül nem biztosítja az orvosi eszközökre vonatkozó szabályozási megfelelést. Az alkalmazandó biztonsági, elektromágneses összeférhetőségi, sterilizálási, biokompatibilitási és szabályozási követelményeket a teljes eszköz szintjén a berendezés gyártójának kell meghatároznia.
Először döntse el, hogy az ízülethez valóban szüksége van-e csúszógyűrűre
Nem minden sebészeti robottengely rendelkezik csúszógyűrűvel. A korlátozott szögű csatlakozást jobban szolgálhatja egy gondosan elvezetett rugalmas kábel. A tok megerősödik, ha a kötésnek folyamatos gördülésre, ismételt forgatásra van szüksége, amely egyébként feltekerné a kábelt, vagy egy kompakt forgó interfészre, amelynek meg kell őriznie egy központi járatot egy műszer, katéter, tengely vagy egyéb szolgáltatás számára.
A publikált sebészeti-robot architektúrák megmutatják, miért számít ez a megkülönböztetés. Az egyik robotsebészeti rendszer szabadalom egy szerszámtartóba integrált csúszógyűrűt ír le, amely az erőt és a jeleket továbbítja, miközben a központi járat a forgó egységen keresztül egy vonalban marad. Ugyanez az architektúra tartalmazza a kódoló elektronikát, a motorteljesítmény elektronikát és a forgó szerszám interfész körüli nyomatékérzékelő funkciót. Lásd a megjelentetsebészeti robotika szabadalompélda erre a rendszerszintű integrációra.
Az MR-feltételes intervenciós robotikával kapcsolatos tudományos munka egy üreges tengelyű csúszógyűrűs elrendezést is bemutatott, amely elválasztja a katéter útját a motorvezetékektől, miközben lehetővé teszi a folyamatos forgatást. Ez a példa hasznos, mert azt mutatja, hogy a csúszógyűrűt nem lehet a kötésen áthaladó mechanikai úttól függetlenül értékelni. Lásd aUCL/IEEE robot szívintervenciós vizsgálat.
Építse meg a közös interfész térképet az építészet kiválasztása előtt
Kezdje azzal, hogy meghúzza a határt az álló oldal és a forgó oldal között. Ezután soroljon fel minden olyan elektromos és mechanikai funkciót, amelynek át kell lépnie vagy együtt kell léteznie ezen a határon. Ne kezdje az áramkörök számával.
| Közös funkció | Jellemző meghatározási követelmény | Miért változtatja meg a csúszógyűrűs integrációt? |
|---|---|---|
| Motor vagy hajtómű teljesítménye | Feszültség, áramkörönkénti áram, csúcs/bekapcsolási viselkedés, munkaciklus | Befolyásolja a vezető/érintkező méretét, a hőterhelést és az érzékeny csatornáktól való elválasztást |
| Kódoló visszajelzés | A kódoló típusa, a tápellátás, a jelformátum, a frekvencia, a kábel és az árnyékolás követelményei | A helyzetvisszajelzés érzékeny lehet a zajra, a földelésre és a csatornacsatolásra |
| Erő / nyomaték / pozíció érzékelés | Jelszint, referencia, sávszélesség és mérési érzékenység | Az alacsony szintű mérések erősebb elválasztást és ellenőrzött visszatérési utakat igényelhetnek |
| Kamera vagy képalkotó link | Pontos videó vagy adat interfész, adatsebesség, kábel, csatlakozó és fizikai réteg követelményei | A nagy sávszélességű csatornák nem kezelhetők tartalék vezetőként |
| Irányítás / kommunikáció | CAN, soros, Ethernet vagy más meghatározott interfész | Interfész-specifikus dinamikus érvényesítést igényel |
| Elektrosebészeti energia, ha van | Rendszerspecifikus áramút, leválasztás és biztonsági követelmények | Külön megtervezett elektromos funkcióként kell kezelni, nem a szokásos jeláramkörökhöz kell csoportosítani |
| Központi átjáró | Műszer, tengely, katéter, cső vagy kábelköteg átmérője plusz hézag | Meg tudja határozni, hogy szükség van-e átmenő furat architektúrára |
Nem minden sebészeti robot használja ezeket a funkciókat. A térkép célja a feltételezések megelőzése. A "tíz jel" nem használható definíció, ha ez a tíz út tartalmaz egy kódolópárt, egy analóg érzékelőt, egy kamerakapcsolatot és egy kommunikációs buszt.
A mechanikai integráció a terméktípus elé kerül
Ha az interfész térkép világos, határozza meg a mechanikus burkot. Jegyezze fel a maximális külső átmérőt, a rendelkezésre álló axiális hosszt, a szükséges középső nyílást, a rögzítési felületet, a rotor/állórész tájolását, a megengedett kifutást vagy eltolódást, a kábelkilépés irányát, a csatlakozó helyét és a szerviz hozzáférését.
Három általános építészeti döntés illusztrálja a kompromisszumot:
| Mechanikai kényszer | Értékelendő építészet | Fő integrációs kérdés |
|---|---|---|
| Nincs központi átjáró; nagyon korlátozott külső átmérő | Kapszula / miniatűr | A csomag továbbra is támogatja a szükséges áramköröket, jelutakat, nyomatékot és csatlakozókat? |
| A műszernek, tengelynek vagy egyéb szerviznek a tengelyen kell maradnia | Átmenő furat / átmenő furat | Milyen átlátszó furat szükséges a tűréshatárok, az útválasztás és a mechanikai hézag figyelembe vétele után? |
| Az axiális magasság a domináns kényszer | Palacsinta / lapos | Elfogadható-e a további radiális burkológörbe, és hogyan befolyásolja az érintkezési nyomtáv a dinamikus kialakítást? |
Ezek építészeti választások, nem pedig azt állítják, hogy egy adott család automatikusan alkalmas a műtétre. Az orvosi alkalmasság, a tisztítási expozíció, az anyagkövetelmények és a projektspecifikus megfelelési követelmények továbbra is saját ellenőrzést igényelnek.
Az alacsony nyomatékot közös költségvetésként kell megadni
Az "alacsony nyomaték" túl homályos egy precíziós csuklóhoz. A hasznos kérdés az, hogy a teljes kötés mekkora forgási ellenállást tud elviselni, és ebből a költségvetésből mennyit lehet a csúszógyűrűre fordítani.
Legalább megkülönbözteti:
- indítási vagy letörési nyomaték- az ellenállás, amelyet le kell győzni a mozgás megkezdésekor;
- futási nyomaték- az ellenállás a megállapított forgás során;
- nyomaték változás- szöghelyzet, irány, sebesség vagy idő változása;
- rendszer nyomatéka- a csúszógyűrű, a csapágyak, a tömítések, a hajtómű, a kábel előfeszítése, a csatlakozók elvezetése és egyéb csuklóelemek együttes hatása.
Ez a megkülönböztetés azért fontos, mert a robot képes elérni az átlagos futási nyomaték célját, és továbbra is nemkívánatos indítási csúcsot vagy szögfüggő változást mutat. A csúszógyűrű specifikációjában ezért a „minimális súrlódás” előírása helyett meg kell határozni azokat a nyomatékmennyiségeket, amelyek számítanak a mozgásvezérlés kialakításánál.
Javasolt nyomatékellenőrzési sorrend
- Mérje meg a csatlakozást csúszógyűrű nélkül, ha az architektúra értelmes alapvonalat tesz lehetővé.
- Szerelje fel a csúszógyűrűt a végső rögzítési módszerrel és a kábelelvezetéssel.
- Mérje meg a letörési nyomatékot mindkét irányban.
- Mérje meg a futási nyomatékot a tervezett fordulatszám-tartományban.
- Inkább keressen szögben megismételhető csúcsokat, ne csak egy átlagos értékre hagyatkozzon.
- Ismételje meg a reprezentatív működési ciklusok után, ha az életciklus eltolódása fontos a rendszer számára.
A pontos elfogadási határoknak a robot mechanikai és vezérlési követelményeiből kell származniuk. Ezeket nem szabad általános katalógusértékről vagy más robotplatformról másolni.
Minden jelút elektromos interfészként kezelje, ne vezetékszámként
A sebészeti robotcsuklók egyesíthetik az aktuátor teljesítményét kódolóval, érzékelővel, kamerával és kommunikációs csatornákkal. Ezeknek a funkcióknak különböző elektromos követelményei vannak, ezért a csatornakiosztást a belső elrendezés véglegesítése előtt meg kell határozni.
Alacsony szintű visszacsatolás esetén vegye figyelembe a jelreferenciát, az árnyékolást, a visszatérő áramút és a kapcsolási teljesítmény közelségét. Ethernet, videó, USB vagy más nagy sebességű interfész esetén határozza meg a tényleges fizikai réteget, a kábel felépítését, a csatlakozót és a szükséges adatteljesítményt. Az elektromos folytonosság önmagában nem biztosítja a protokoll-kompatibilitást.
A tervezésnek három különböző problémát is meg kell különböztetnie, amelyeket gyakran egyetlen „zaj” szóval írnak le:
- dinamikus érintés-ellenállás változás a csúszó felületen;
- elektromágneses csatolás motorokról, hajtásokról vagy szomszédos áramkörökről;
- áthallási vagy földelési problémák a teljes kábel-csúszás-gyűrű-kábel útvonalon belül.
A statikus és dinamikus ellenállás mérési határát lásd a ByTune-bancsúszógyűrűs érintkező ellenállási útmutató. A szélesebb jelút-tényezőkről, mint például az árnyékolás, a földelés és a forgással kapcsolatos instabilitás, lásd ajelstabilitási útmutató.
Határozza meg a kábel, a csatlakozó és a földelés interfészeit a csúszógyűrűvel
A megfelelő csúszógyűrű rendszerszinten is meghibásodhat, ha a környező összeköttetés rosszul van integrálva. A csatlakozás közelében meghajlított kábel mechanikai ellenállást jelenthet. A nem támogatott csatlakozó megfordulhat. Az álló és a forgó oldalon eltérően végződő pajzs váratlan visszatérési útvonalat hozhat létre. A nagy sebességű adatcsatorna elveszítheti a tervezett geometriáját, ha a forgó egységen keresztüli átmenetet közönséges huzalozásként kezelik.
Dokumentum:
- állóoldali kábel típusa és hossza;
- forgóoldali kábel típusa és hossza;
- a csatlakozó elhelyezkedése és tájolása;
- húzásmentesítés és megengedett kábelmozgás;
- pajzsvég mindkét oldalon;
- jelreferencia és alváz/kötési stratégia;
- elválasztás a motor- vagy kapcsolóáramvezetőktől;
- függetlenül attól, hogy a csúszógyűrű tisztító, fertőtlenítő vagy steril gát belsejében vagy kívül helyezkedik el.
Az utolsó elem rendszerhatár kérdése, nem ad okot feltételezni, hogy magának a csúszógyűrűnek sterilizálhatónak kell lennie. Ha az alkatrész egy meghatározott tisztítási vagy sterilizálási folyamatnak van kitéve, az anyag, a tömítés, a kenőanyag, a kábel és a csatlakozó kompatibilitását ellenőrizni kell az adott folyamathoz képest.
Használjon dinamikus érvényesítési mátrixot, ne egyetlen próbapadi tesztet
Az átvételi tervnek reprodukálnia kell azokat a változókat, amelyek megváltoztathatják a telepített robot teljesítményét. Egy gyakorlati mátrix választja el ezeket a változókat, így a hiba mozgásra, terhelésre, irányra, szomszédos csatornákra vagy a fizikai réteg kapcsolatára vezethető vissza.
| Tesztállapot | Mit kell működtetni | Mit kell mérni | Miben segít Felfedni |
|---|---|---|---|
| Stacionárius alapvonal | Az ízület leállt; reprezentatív elektromos terhelés | Jel alapvonal, ellenállás, kapcsolat állapota, érzékelő kimenet | Vevő/műszer alapvonal a mozgás bevezetése előtt |
| Alacsony fordulatszámú forgás | Forgassa el a névleges fordulatszám alatt | Nyomaték, jel hullámforma, kódoló hibák, kommunikációs események | Érintkezéssel vagy szöggel kapcsolatos viselkedés korlátozott dinamikus hatásokkal |
| Névleges forgás | Normál sebesség és normál irány | Futónyomaték plusz alkalmazás-specifikus elektromos mérőszámok | Normál működési teljesítmény |
| Irányváltás | Ismételt mozgás az óramutató járásával megegyezően/az óramutató járásával ellentétes irányban, ha használt | Letörési csúcsok, jelkimaradások, csatlakozó/kábel mozgás | Visszafordításra érzékeny mechanikai és elektromos hibák |
| Reprezentatív teljesítményterhelés | Motor/aktor áramkörök aktívak | Érzékeny jelcsatornák és adatkapcsolat | EMI, megosztott visszatérési és áthallási problémák |
| A szomszédos csatorna aktiválása | Váltson egyszerre egy agresszor csatornát | Áldozatérzékelő/adatcsatorna | Csatorna-csatorna csatolás |
| Meghosszabbított kerékpározás | Képviselő ismételt indítvány | Nyomatéktrend, időszakos hibák, hőmérséklet és elektromos stabilitás | Sodródás, amely nem jelenik meg egy rövid átvételi tesztben |
A mért mennyiségnek meg kell egyeznie a funkcióval. Analóg érzékelő esetén ez lehet zaj, eltolás vagy eltolódás. Egy kódoló esetében ez lehet hibaszám vagy pozíciókonzisztencia. Hálózati kapcsolat esetén ez lehet kapcsolat stabilitása, csomaghibák vagy az interfésznek megfelelő fizikai réteg mérés. Magának a kötésnek a nyomatékát ugyanolyan kábelvezetési és felszerelési feltételek mellett kell rögzíteni, mint a robotban.
Diagnosztizálja a hibákat a változó változó alapján
| Megfigyelt probléma | Első mérnöki kérdés | Valószínű vizsgálandó területek |
|---|---|---|
| Az ízület tétovázik, amikor elkezdődik a mozgás | A mechanikai ellenállás csúcsértéke nagyobb, mint a rendelkezésre álló nyomatékhatár? | Letörési nyomaték, kábel előfeszítés, csapágy/tömítés ellenállás, beállítás, szerelés |
| A pozíció visszacsatolás csak forgás közben válik instabillá | A hiba összefüggésben áll a szöggel vagy a sebességgel? | Érintkező variáció, kódolócsatorna integritás, földelés, kábelmozgás |
| Videó- vagy adathibák lépnek fel, amikor a motorok aktívak | Megszűnik a hiba, ha eltávolítják a power agresszort? | Csatornaleválasztás, árnyékolás, visszatérési út, áthallás, fizikai réteg integritása |
| A hiba ugyanabban a tengelyszögben ismétlődik | Az esemény mechanikailag vagy elektromosan szögfüggő? | Lokalizált érintkezési állapot, lefutás, csatlakozó/kábel mozgás, vágányspecifikus probléma |
| Az elektromos teljesítmény normális a padon, de meghibásodik az összeszerelt csatlakozásban | Mi változott a telepítés után? | Kábelvezetés, földelés, csatlakozó terhelés, mechanikai beállítás, szomszédos tápáramkörök |
| A teljesítmény megváltozik a tisztítás vagy fertőtlenítés után | A tényleges expozíció szerepelt a környezeti specifikációban? | Anyagok, tömítések, kábelköpenyek, csatlakozók, maradékok vagy nedvesség behatolása |
Sebészeti robot csúszógyűrűs specifikációs blokkja
Egyedi vagy alkalmazás-specifikus forgó interfész esetén az RFQ-nak inkább a csatlakozást kell leírnia, nem csak a kívánt csúszógyűrű-átmérőt.
- Ízületi funkció:alap, karcsukló, csukló, szerszámtekercs, műszerhajtás vagy más forgó interfész.
- Mozgás:folyamatos forgás, korlátozott forgás, oszcilláció vagy ismételt megfordítás.
- Sebesség:normál és maximális üzemi sebesség, valamint adott esetben irányváltási vagy gyorsulási profil.
- Mechanikus boríték:maximális külső átmérő, axiális hossz, szerelési interfész és csatlakozó hézag.
- Központi átjáró:szükséges átlátszó furat és minek kell áthaladnia rajta.
- Nyomaték:megengedett indítási, futási és változási határértékek, ha a csukló meghatározott nyomatékkal rendelkezik.
- Tápfeszültség áramkörök:feszültség, folyamatos áram, csúcs/bekapcsolási állapot és munkaciklus minden egyes áramkörcsoporthoz.
- Érzékelő/kódoló áramkörök:pontos funkció, jelszint, referencia és kábel/árnyékolás követelmények.
- Adatok/videó:pontos interfész, fizikai réteg, adatsebesség, kábel és csatlakozó meghatározása.
- Földelés/árnyékolás:szükséges alváz, pajzs és jel-referencia elrendezés.
- Környezet:hőmérséklet, vibráció, tisztítási/fertőtlenítési expozíció és egyéb releváns körülmények.
- Átvételi teszt:mit kell mérni forgás közben, milyen elektromos terhelések hatására és milyen mozgási állapotoknál.
Ha egy szabványos termék nem felel meg a kombinált borítékra, nyomatékra, csatornára és érvényesítési követelményekre, a projekt áttérhet egyegyedi csúszógyűrűértékelés. A testreszabásnak meg kell oldania egy meghatározott közös kényszert; nem helyettesítheti a hiányos interfész specifikációt.
Megtartandó integrációs szabály
Sebészeti robotcsukló esetén a csúszógyűrűt a mozgásvezérlő és jelátviteli rendszer részeként kell kezelni, nem pedig elszigetelt csatlakozóként. Először határozza meg a kötést, őrizze meg a szükséges központi járatot és mechanikai burkot, rendeljen hozzá reális nyomaték-költségvetést, válassza el az egyes elektromos interfészek funkcióit, és érvényesítse a kész forgási utat reprezentatív terhelés és mozgás mellett.
Ez a megközelítés egyértelmű felelősségmegosztást teremt: a széles körű robot-útmutató elmagyarázza, hogy a robotok mikor és hogyan használják a csúszógyűrűket, az orvosi megoldások oldala támogatja az alkalmazásszintű kereskedelmi követelményeket, ez az integrációs útmutató pedig a precíziós sebészeti-robot forgócsuklón belül szükséges mérnöki munkákra összpontosít.