सर्जिकल रोबोट स्लिप रिंग इंटीग्रेशन: कम टॉर्क, सिग्नल इंटीग्रिटी और वैलिडेशन

एक स्लिप रिंग सर्जिकल रोबोट में तभी उपयोगी हो सकती है जब घूमने वाले जोड़ को विद्युत निरंतरता की आवश्यकता होती है जो लचीली केबल आवश्यक गति लिफाफे के भीतर विश्वसनीय रूप से प्रदान नहीं कर सकती है। इसलिए इंजीनियरिंग की समस्या केवल "मेडिकल स्लिप रिंग" ढूंढना नहीं है। यह जोड़ के अंदर संपूर्ण स्थिर-से-घूर्णन इंटरफ़ेस को परिभाषित करना है और यह साबित करना है कि रोबोट के चलते समय इसका यांत्रिक और विद्युत व्यवहार स्वीकार्य रहता है।

यह मायने रखता है क्योंकि एक सटीक रोबोट जोड़ एक ही स्थान पर कई बाधाओं को जोड़ सकता है: सीमित रेडियल या अक्षीय स्थान, एक केंद्रीय उपकरण या कैथेटर मार्ग, कम उपलब्ध टॉर्क मार्जिन, मोटर या एक्चुएटर पावर, एनकोडर फीडबैक, सेंसर, इमेजिंग या डेटा चैनल, परिरक्षण और ग्राउंडिंग, और दिशा में बार-बार परिवर्तन। एक डिज़ाइन जो स्थैतिक निरंतरता परीक्षण पास करता है वह एकीकरण के बाद भी अस्वीकार्य घूर्णी प्रतिरोध, कोण-निर्भर सिग्नल त्रुटियां या संचार समस्याएं पैदा कर सकता है।

यह मार्गदर्शिका उस एकीकरण और सत्यापन कार्य पर केंद्रित है। यह व्यापक का स्थान नहीं लेतारोबोट स्लिप रिंग चयन गाइड, और यह विज्ञापन का स्थान नहीं लेता हैमेडिकल स्लिप रिंग समाधानपेज. यह चिकित्सा-उपकरण नियामक अनुपालन भी स्थापित नहीं करता है। लागू सुरक्षा, ईएमसी, स्टरलाइज़ेशन, बायोकम्पैटिबिलिटी और नियामक आवश्यकताओं को उपकरण निर्माता द्वारा पूर्ण डिवाइस स्तर पर परिभाषित किया जाना चाहिए।

पहले यह तय करें कि जोड़ को वास्तव में स्लिप रिंग की आवश्यकता है या नहीं

प्रत्येक सर्जिकल रोबोट अक्ष को स्लिप रिंग से लाभ नहीं होता है। एक सीमित-कोण जोड़ को सावधानी से खींची गई लचीली केबल द्वारा बेहतर सेवा प्रदान की जा सकती है। मामला तब मजबूत हो जाता है जब जोड़ को निरंतर रोल, बार-बार घूमने की आवश्यकता होती है जो अन्यथा केबल को घुमाएगा, या एक कॉम्पैक्ट रोटरी इंटरफ़ेस जिसे किसी उपकरण, कैथेटर, शाफ्ट या अन्य सेवा के लिए केंद्रीय मार्ग को संरक्षित करना होगा।

प्रकाशित सर्जिकल-रोबोट आर्किटेक्चर दिखाते हैं कि यह अंतर क्यों मायने रखता है। एक रोबोटिक सर्जिकल-सिस्टम पेटेंट में पावर और सिग्नल ट्रांसफर करने के लिए टूल होल्डर में एकीकृत एक स्लिप रिंग का वर्णन किया गया है, जबकि एक केंद्रीय मार्ग घूर्णन असेंबली के माध्यम से संरेखित रहता है। उसी आर्किटेक्चर में एनकोडर इलेक्ट्रॉनिक्स, मोटर-पावर इलेक्ट्रॉनिक्स और घूमने वाले टूल इंटरफ़ेस के आसपास एक टॉर्क-सेंसिंग फ़ंक्शन शामिल है। प्रकाशित देखेंसर्जिकल रोबोटिक्स पेटेंटइस सिस्टम-स्तरीय एकीकरण के उदाहरण के लिए।

एमआर-कंडीशनल इंटरवेंशनल रोबोटिक्स पर अकादमिक कार्य ने एक खोखले-शाफ्ट स्लिप-रिंग व्यवस्था का भी प्रदर्शन किया है जो निरंतर रोटेशन को सक्षम करते हुए कैथेटर पथ को मोटर वायरिंग से अलग करता है। वह उदाहरण उपयोगी है क्योंकि यह दर्शाता है कि स्लिप रिंग का मूल्यांकन जोड़ के माध्यम से यांत्रिक पथ से स्वतंत्र रूप से नहीं किया जा सकता है। देखेंयूसीएल/आईईईई रोबोटिक कार्डियक इंटरवेंशन अध्ययन.

किसी आर्किटेक्चर का चयन करने से पहले संयुक्त इंटरफ़ेस मानचित्र बनाएं

स्थिर पक्ष और घूमने वाले पक्ष के बीच सीमा रेखा खींचकर प्रारंभ करें। फिर प्रत्येक विद्युत और यांत्रिक कार्य को सूचीबद्ध करें जो उस सीमा को पार करना चाहिए या उसके साथ सह-अस्तित्व में होना चाहिए। सर्किट गिनती से शुरुआत न करें.

प्रत्येक सर्जिकल रोबोट इन सभी कार्यों का उपयोग नहीं करता है। मानचित्र का उद्देश्य धारणाओं को रोकना है। "दस सिग्नल" एक उपयोगी परिभाषा नहीं है यदि उन दस पथों में एक एनकोडर जोड़ी, एक एनालॉग सेंसर, एक कैमरा लिंक और एक संचार बस शामिल है।

यांत्रिक एकीकरण उत्पाद प्रकार से पहले आता है

एक बार इंटरफ़ेस मानचित्र स्पष्ट हो जाए, तो यांत्रिक लिफाफे को परिभाषित करें। अधिकतम बाहरी व्यास, उपलब्ध अक्षीय लंबाई, आवश्यक केंद्र उद्घाटन, माउंटिंग सतह, रोटर/स्टेटर ओरिएंटेशन, स्वीकार्य रनआउट या मिसलिग्न्मेंट, केबल-निकास दिशा, कनेक्टर स्थान और सेवा पहुंच रिकॉर्ड करें।

तीन सामान्य वास्तुकला निर्णय व्यापार-बंद को दर्शाते हैं:

ये वास्तुकला विकल्प हैं, यह दावा नहीं है कि कोई विशेष परिवार सर्जरी के लिए स्वचालित रूप से उपयुक्त है। चिकित्सा उपयुक्तता, सफाई जोखिम, सामग्री आवश्यकताएं और किसी भी परियोजना-विशिष्ट अनुपालन आवश्यकता को अभी भी अपने स्वयं के सत्यापन की आवश्यकता है।

कम टॉर्क को संयुक्त बजट के रूप में निर्दिष्ट किया जाना चाहिए

सटीक जोड़ के लिए "कम टॉर्क" बहुत अस्पष्ट है। उपयोगी प्रश्न यह है कि पूरा जोड़ कितना घूर्णी प्रतिरोध सहन कर सकता है और उस बजट का कितना हिस्सा स्लिप रिंग को आवंटित किया जा सकता है।

कम से कम, अंतर करें:

• आरंभिक या ब्रेकअवे टॉर्क- वह प्रतिरोध जिसे गति शुरू होने पर दूर किया जाना चाहिए;
• चल रहा टॉर्क- स्थापित रोटेशन के दौरान प्रतिरोध;
• टॉर्क भिन्नता- कोणीय स्थिति, दिशा, गति या समय के साथ परिवर्तन;
• सिस्टम टॉर्क- स्लिप रिंग, बियरिंग्स, सील्स, गियरिंग, केबल प्रीलोड, कनेक्टर रूटिंग और अन्य संयुक्त तत्वों का संयुक्त प्रभाव।

यह अंतर मायने रखता है क्योंकि एक रोबोट अपने औसत रनिंग-टॉर्क लक्ष्य को पूरा कर सकता है और फिर भी एक अवांछनीय स्टार्ट-अप शिखर या कोण-निर्भर भिन्नता प्रदर्शित कर सकता है। इसलिए स्लिप-रिंग विनिर्देश में "न्यूनतम घर्षण" का अनुरोध करने के बजाय गति-नियंत्रण डिजाइन के लिए महत्वपूर्ण टॉर्क मात्रा बताई जानी चाहिए।

अनुशंसित टॉर्क सत्यापन अनुक्रम

1. यदि आर्किटेक्चर सार्थक आधार रेखा की अनुमति देता है तो स्लिप रिंग के बिना जोड़ को मापें।
2. अंतिम माउंटिंग विधि और केबल रूटिंग का उपयोग करके स्लिप रिंग स्थापित करें।
3. दोनों दिशाओं में ब्रेकअवे टॉर्क मापें।
4. इच्छित गति सीमा से अधिक चलने वाले टॉर्क को मापें।
5. केवल औसत मान पर निर्भर रहने के बजाय कोण-दोहराने योग्य चोटियों की तलाश करें।
6. यदि सिस्टम के लिए जीवनचक्र बहाव महत्वपूर्ण है तो प्रतिनिधि संचालन चक्रों के बाद दोहराएं।

सटीक स्वीकृति सीमाएँ रोबोट की यांत्रिक और नियंत्रण आवश्यकताओं से आनी चाहिए। उन्हें सामान्य कैटलॉग मान या किसी अन्य रोबोट प्लेटफ़ॉर्म से कॉपी नहीं किया जाना चाहिए।

प्रत्येक सिग्नल पथ को एक विद्युत इंटरफ़ेस के रूप में मानें, वायर काउंट के रूप में नहीं

सर्जिकल रोबोट जोड़ एक्चुएटर पावर को एनकोडर, सेंसर, कैमरा और संचार चैनलों के साथ जोड़ सकते हैं। इन कार्यों में अलग-अलग विद्युत आवश्यकताएं होती हैं, इसलिए आंतरिक लेआउट को अंतिम रूप देने से पहले चैनल आवंटन को परिभाषित किया जाना चाहिए।

निम्न-स्तरीय फीडबैक के लिए, सिग्नल संदर्भ, परिरक्षण, रिटर्न-वर्तमान पथ और स्विचिंग पावर से निकटता पर विचार करें। ईथरनेट, वीडियो, यूएसबी या किसी अन्य हाई-स्पीड इंटरफ़ेस के लिए, वास्तविक भौतिक परत, केबल निर्माण, कनेक्टर और आवश्यक डेटा प्रदर्शन को परिभाषित करें। अकेले विद्युत निरंतरता प्रोटोकॉल संगतता स्थापित नहीं करती है।

डिज़ाइन को तीन अलग-अलग समस्याओं को भी अलग करना चाहिए जिन्हें अक्सर एकल शब्द "शोर" के साथ वर्णित किया जाता है:

• स्लाइडिंग इंटरफ़ेस पर गतिशील संपर्क-प्रतिरोध भिन्नता;
• मोटर, ड्राइव या पड़ोसी पावर सर्किट से विद्युत चुम्बकीय युग्मन;
• संपूर्ण केबल-टू-स्लिप-रिंग-टू-केबल पथ के भीतर क्रॉसस्टॉक या ग्राउंडिंग समस्याएं।

स्थैतिक और गतिशील प्रतिरोध के बीच माप सीमा के लिए, ByTune देखेंस्लिप रिंग संपर्क प्रतिरोध गाइड. व्यापक सिग्नल-पथ कारकों जैसे परिरक्षण, ग्राउंडिंग और रोटेशन-संबंधी अस्थिरता के लिए, देखेंसिग्नल स्थिरता गाइड.

स्लिप रिंग के साथ केबल, कनेक्टर और ग्राउंडिंग इंटरफेस को परिभाषित करें

यदि आसपास का इंटरकनेक्ट खराब तरीके से एकीकृत है तो एक उपयुक्त स्लिप रिंग अभी भी सिस्टम स्तर पर विफल हो सकती है। जोड़ के पास केबल झुकने से यांत्रिक प्रतिरोध बढ़ सकता है। एक असमर्थित कनेक्टर रिवर्सल के तहत आगे बढ़ सकता है। एक ढाल जो स्थिर और घूर्णन पक्षों पर अलग-अलग रूप से समाप्त होती है, एक अप्रत्याशित वापसी पथ बना सकती है। यदि रोटरी असेंबली के माध्यम से संक्रमण को सामान्य वायरिंग के रूप में माना जाता है तो एक हाई-स्पीड डेटा चैनल अपनी इच्छित ज्यामिति खो सकता है।

दस्तावेज़:

• स्थिर-साइड केबल प्रकार और लंबाई;
• घूमने वाली साइड केबल का प्रकार और लंबाई;
• कनेक्टर स्थान और अभिविन्यास;
• तनाव से राहत और स्वीकार्य केबल संचलन;
• दोनों तरफ ढाल समाप्ति;
• सिग्नल संदर्भ और चेसिस/बॉन्डिंग रणनीति;
• मोटर या स्विचिंग-पावर कंडक्टर से पृथक्करण;
• क्या स्लिप रिंग सफाई, कीटाणुशोधन या बाँझ बाधा के अंदर या बाहर बैठती है।

अंतिम आइटम एक सिस्टम-सीमा प्रश्न है, यह मानने का कोई कारण नहीं है कि स्लिप रिंग स्वयं स्टरलाइज़ करने योग्य होनी चाहिए। यदि घटक एक परिभाषित सफाई या नसबंदी प्रक्रिया के संपर्क में है, तो सामग्री, सील, स्नेहक, केबल और कनेक्टर संगतता को उस वास्तविक प्रक्रिया के विरुद्ध मान्य किया जाना चाहिए।

डायनामिक वैलिडेशन मैट्रिक्स का उपयोग करें, सिंगल बेंच टेस्ट का नहीं

स्वीकृति योजना में उन चरों को पुन: प्रस्तुत किया जाना चाहिए जो स्थापित रोबोट में प्रदर्शन को बदल सकते हैं। एक व्यावहारिक मैट्रिक्स उन चरों को अलग करता है ताकि गति, भार, दिशा, आसन्न चैनल या भौतिक-परत लिंक में विफलता का पता लगाया जा सके।

मापी गई मात्रा फ़ंक्शन से मेल खाना चाहिए। एक एनालॉग सेंसर के लिए, यह शोर, ऑफसेट या बहाव हो सकता है। एक एनकोडर के लिए, यह त्रुटि गणना या स्थिति स्थिरता हो सकती है। किसी नेटवर्क लिंक के लिए, यह लिंक स्थिरता, पैकेट त्रुटियाँ या इंटरफ़ेस के लिए उपयुक्त भौतिक-परत माप हो सकता है। जोड़ के लिए, टोक़ को रोबोट में उपयोग की जाने वाली समान केबल रूटिंग और माउंटिंग स्थितियों के तहत कैप्चर किया जाना चाहिए।

परिवर्तनशील चर द्वारा विफलताओं का निदान करें

सर्जिकल रोबोट स्लिप रिंग विशिष्टता ब्लॉक

एक कस्टम या एप्लिकेशन-विशिष्ट रोटरी इंटरफ़ेस के लिए, आरएफक्यू को केवल वांछित स्लिप-रिंग व्यास के बजाय जोड़ का वर्णन करना चाहिए।

• संयुक्त कार्य:आधार, बांह का जोड़, कलाई, टूल रोल, उपकरण ड्राइव या अन्य घूमने वाला इंटरफ़ेस।
• गति:निरंतर घूर्णन, सीमित घूर्णन, दोलन या बार-बार उलटाव।
• रफ़्तार:सामान्य और अधिकतम परिचालन गति प्लस रिवर्सल या त्वरण प्रोफ़ाइल जहां प्रासंगिक हो।
• यांत्रिक लिफाफा:अधिकतम OD, अक्षीय लंबाई, माउंटिंग इंटरफ़ेस और कनेक्टर क्लीयरेंस।
• केंद्रीय मार्ग:स्पष्ट बोर की आवश्यकता है और इससे क्या गुजरना चाहिए।
• टोक़:यदि जोड़ के पास परिभाषित टॉर्क बजट है तो स्वीकार्य शुरुआत, संचालन और भिन्नता सीमाएँ।
• पावर सर्किट:प्रत्येक सर्किट समूह के लिए वोल्टेज, निरंतर वर्तमान, शिखर/आवेश स्थिति और कर्तव्य चक्र।
• सेंसर/एनकोडर सर्किट:सटीक कार्य, सिग्नल स्तर, संदर्भ और केबल/शील्ड आवश्यकताएँ।
• डेटा/वीडियो:सटीक इंटरफ़ेस, भौतिक परत, डेटा दर, केबल और कनेक्टर परिभाषा।
• ग्राउंडिंग/परिरक्षण:आवश्यक चेसिस, शील्ड और सिग्नल-संदर्भ व्यवस्था।
• पर्यावरण:तापमान, कंपन, सफाई/कीटाणुशोधन जोखिम और अन्य प्रासंगिक स्थितियाँ।
• स्वीकरण परीक्षा:घूमते समय क्या मापा जाना चाहिए, किस विद्युत भार के तहत और किस गति पर।

यदि कोई मानक उत्पाद संयुक्त लिफाफे, टॉर्क, चैनल और सत्यापन आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकता है, तो परियोजना आगे बढ़ सकती हैकस्टम स्लिप रिंगमूल्यांकन। अनुकूलन को एक परिभाषित संयुक्त बाधा का समाधान करना चाहिए; इसे अपूर्ण इंटरफ़ेस विनिर्देश का स्थान नहीं लेना चाहिए।

रखने के लिए एकीकरण नियम

सर्जिकल रोबोट जोड़ के लिए, स्लिप रिंग को गति-नियंत्रण और सिग्नल-ट्रांसमिशन सिस्टम के हिस्से के रूप में माना जाना चाहिए, न कि एक अलग कनेक्टर के रूप में। पहले जोड़ को परिभाषित करें, आवश्यक केंद्रीय मार्ग और यांत्रिक आवरण को संरक्षित करें, एक यथार्थवादी टॉर्क बजट आवंटित करें, प्रत्येक विद्युत इंटरफ़ेस को फ़ंक्शन द्वारा अलग करें, और प्रतिनिधि भार और गति के तहत पूर्ण घूर्णन पथ को मान्य करें।

वह दृष्टिकोण जिम्मेदारी का एक स्पष्ट विभाजन बनाता है: व्यापक रोबोट गाइड बताता है कि रोबोट कब और कैसे स्लिप रिंग का उपयोग करते हैं, चिकित्सा समाधान पृष्ठ एप्लिकेशन-स्तरीय व्यावसायिक आवश्यकताओं का समर्थन करता है, और यह एकीकरण गाइड एक सटीक सर्जिकल-रोबोट रोटरी जोड़ के अंदर आवश्यक इंजीनियरिंग कार्य पर केंद्रित है।