在外科手术机器人中使用的最常见的钨缆结构包括8×19、7×37和19×19配置。8×19钨丝机械电缆由201根钨丝组成,7×37由259根钨丝组成,最后19×19由361根螺旋绞丝组成。尽管不锈钢有许多应用,包括许多医疗和手术设备,但在手术机器人应用中,没有钨电缆的替代品。
但是,为什么不锈钢这样一种著名的机械电缆材料,在驱动手术机器人运动方面越来越不受欢迎呢?毕竟,不锈钢电缆,特别是小直径的不锈钢电缆,在军事、航空航天和(最重要的是)无数其他手术设备应用中无处不在。
钨缆在外科手术机器人运动控制中取代不锈钢缆的原因实际上没有人们想象的那么神秘:这与强度有关。但由于这种机械电缆的强度不能仅通过其线性拉力来衡量,所以我们必须测试强度,作为性能指标,通过从许多适合现场的场景中收集数据。
以8×19结构为例。在外科手术机器人中,最常用的机械电缆结构之一,8×19在实现俯仰和偏航时,随着负载的增加,其性能大大优于其不锈钢同行。
8×19钨缆vs不锈钢缆
不锈钢电缆,负载10 lb,约0.018“ Ø只达到45.73 %的循环钨在相同的8×19结构,线径。
事实上,这项特别的研究立即揭示的是,即使在10 lb(44.5 N),钨电缆显示的循环次数是不锈钢电缆的两倍多。考虑到,像所有组件一样,手术机器人内部的微型机械电缆必须满足或超过严格的监管要求,因此电缆必须容忍扔向它的任何东西,对吗?因此,分析表明,使用相同直径的8×19钨电缆而不是不锈钢电缆,既具有固有的强度优势,又能确保机器人由这两种选择中更强、更持久的电缆材料提供动力。
再进一步,在8×19结构的情况下,钨电缆产生的循环次数至少是相同直径和负载的不锈钢的1.94 倍。更重要的是,研究表明,即使所施加的负载从10 lb逐渐增加到30 lb,不锈钢电缆的弹性也从未赶上钨缆。事实上,两种电缆材料之间的距离越来越远。在30 lb的相同负载下,达到高达3.13 倍的循环。更突出的发现是,在整个研究过程中,边缘从未缩小(高达30 lb)。钨的循环计数较高,平均为39.54 %。
虽然这项研究在严格控制的环境中检查了特定的线直径和电缆结构,但它是为了证明钨更坚固,并且可以在精确的应力、拉伸载荷和滑轮配置下实现更大的循环计数。
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要实现周期计数,您的外科机器人应用程序必须与钨丝机械电缆工程师合作。
无论它是不锈钢,钨或任何其他机械电缆材料,没有两个电缆组件服务于同一主人。例如,小型电缆应用通常不要求绞线本身或应用于电缆的配件实现几乎不可能的紧密公差。
在许多情况下,电缆本身的长度和尺寸偏差,以及连接件的位置和尺寸都有一定的灵活性。这些测量是构成公差(s)电缆组件。如果您的机械电缆制造商能够实现在应用公差范围内的电缆组件,那么组件才可以在其实际环境中使用。
就手术机器人而言,生命处于危险之中,达到设计的耐受性是唯一可以接受的结果。因此,可以认为,超细机械电缆模仿外科医生的每一个动作,使这些电缆成为地球上最复杂的电缆之一。
这些手术机器人内部的机械电缆组件也将占据狭小、拥挤和紧凑的空间。事实上,令人惊讶的是,这些钨缆组件无缝地嵌套在最窄的通道内,在比儿童蜡笔尖还小的滑轮上,同时在可预测的周期计数内支持运动。
钨代替不锈钢电缆
同样需要注意的是,电缆工程师可以尽早就电缆材料提供建议,从而潜在地节省时间、资源甚至成本,所有这些都是为机器人规划周到的上市策略时的关键变量。
随着外科机器人市场的爆炸式增长,仅仅提供用于帮助实现运动的机械电缆已不再被接受。手术机器人制造商将他们的奇迹推向市场的速度和稳定性当然受到产品为大众消费做好准备的容易程度的影响。这就是为什么要注意,您的机械电缆工程师每天都在研究、完善和建造这些电缆组件。
这并不罕见,例如,发现一个外科机器人项目可能开始与不锈钢的确定性强度,可锻性而且循环计数能力,但在后来的机器人开发中仍然求助于钨。
这是真的。
手术机器人制造商在机器人设计的早期通常采用不锈钢,但后来由于其优越的数据而选择钨。虽然这似乎是运动控制方面的突然变化,但它只是表面上的变化。材料的变化是机器人制造商和受雇生产电缆的机械电缆工程师之间不可或缺的合作的结果。
结论
用于外科手术机器人的钨制机械电缆已经赢得了一席之地。
不锈钢电缆继续证明自己是手术器械市场的主要产品,特别是在内窥镜设备领域。然而,尽管不锈钢在内窥镜/腹腔镜手术中具有支持运动的能力,但它的抗拉强度不及其更脆的材料,但密度更大,因此强度更强的材料——钨。
钨是取代不锈钢作为手术机器人的首选电缆材料的理想选择,人们也无法理解电缆制造商良好合作的重要性。与经验丰富的超细机械电缆工程师合作,不仅可以确保您的电缆是由世界级的顾问和制造商生产的。选择正确的电缆制造商也是一种保证你优先完善构建计划的科学和节奏的方法,这有助于你比竞争对手更快地实现你的运动控制雄心。
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