작성자: Julian DelCampo, 수석 산업 관리자 Guillaume Mougin, 글로벌 제품 관리자; Paul Schonhoff, 비즈니스 개발 관리자
로봇 혁신을 위해 빠르게 성장하는 시장에는 생체 공학, 로봇 수술 등 인간의 건강과 복지를 향상시키는 응용 프로그램이 포함됩니다. 이 분야의 로봇은 소형 DC 모션 기술에 의존하며, 인간의 결과를 개선하는 발전을 실현하려면 최첨단 모션 솔루션이 필요합니다. 토크 밀도와 역학이 증가하는 모터는 로봇 설계자가 정밀도와 제어력을 향상시키는 데 도움이 됩니다.
50년대 후반에 생체공학이라는 용어가 만들어진 이후 이 기술은 수십억 달러 규모의 산업으로 성장했습니다. 생체 공학 보철 시장은 2030년까지 15억 달러에서 28억 달러로 성장할 것으로 예상되며, 그리핑 및 홀딩과 같은 로봇 솔루션을 위한 엔드 이펙터 기술도 그에 따라 성장할 것입니다. 성장은 로봇공학의 보다 효과적인 사용을 가능하게 하는 기술을 통해 지원되는 장애인의 삶을 향상시키려는 요구에 의해 주도됩니다. 생체 공학 솔루션에는 절단단의 근전기 신호에 의해 제어되는 소형 DC 모터로 구동되는 의족 또는 센서에서 데이터를 수집하는 마이크로프로세서가 포함됩니다. 전기로 구동되는 외골격은 신체에 외부 지원을 제공합니다.
환자에게 있어서 의수족이나 외골격은 자연스럽게 느껴져야 하므로 가벼워야 합니다. 생체 공학 개발은 탄소 섬유, 그래핀과 같은 가볍지만 강한 재료를 사용하지만 이를 구동하는 모션 시스템은 높은 전력 밀도를 달성해야 합니다. 브러시 DC 코어리스 모터는 작은 크기와 무게로 인해 손가락, 팔꿈치 관절과 같은 작은 신체 부위에 사용되는 반면, 브러시리스 DC(BLDC) 모터는 엉덩이나 무릎과 같은 큰 관절에 증가된 토크를 지원합니다. Portescap의 Ultra EC
토크 대 질량 비율을 높이는 코일 설계를 갖춘 브러시리스 DC 시리즈는 매우 유용합니다.
직관적인 작동을 위해 생체 공학 장치는 인간의 반응과 유사한 작동 및 제어 기능을 제공해야 합니다. 코어리스 로터와 같은 설계를 통해 달성된 낮은 관성은 부드러운 토크 전달을 위한 낮은 코깅과 결합된 빠른 속도 변화를 가능하게 합니다. Ultra EC 시리즈의 무슬롯 설계는 코깅을 최소화하고 일관된 자기장을 가능하게 하여 토크 변화를 줄입니다. 배터리 수명을 연장하고 크기와 무게를 줄이려면 배터리 효율성이 중요합니다. 더 작은 조인트의 경우 코어리스 DC 설계는 와전류 손실을 줄여 에너지 손실을 최소화하는 반면, 브러시리스 모터는 본질적으로 효율적입니다.
수술 로봇에 대한 요구 사항은 생체 공학보다 훨씬 더 광범위합니다. 1985년 최초의 로봇 보조 수술 이후 오늘날 44억 달러 규모의 수술 로봇 시장은 AI와 같은 추세에 힘입어 2030년까지 18% 성장할 것으로 예상됩니다. 로봇 수술의 주요 장점은 극도의 정밀도로, 최소 침습적 수술이 가능하여 환자의 빠른 회복을 돕습니다. 생체 공학과 마찬가지로 수술 로봇을 구동하는 모션 시스템은 정밀도에 매우 중요합니다.
Portescap은 하우징이 없는 회전자와 고정자로 구성된 프레임 없는 모터를 포함한 모션 제어 솔루션으로 복잡한 응용 분야를 지원합니다. 이 기술의 이점에는 크기 및 무게 최적화, 우수한 토크 밀도, 스트레인 웨이브 기어링과의 통합 용이성, 백래시 최소화, 부드러운 모션을 위한 코깅 감소 등이 있습니다. 생체 공학용 모션 시스템은 일상적인 사용에 내구성이 있어야 하지만 로봇 수술에 사용되는 모션 시스템은 멸균을 견뎌야 합니다. Portescap의 수술용 모션 솔루션은 최대 1,000회의 오토클레이브 주기를 견딜 수 있는 브러시리스 슬롯형 모터를 갖춘 오토클레이브 가능 마이크로 모션 솔루션을 특징으로 합니다.
엔드 이펙터 제어는 로봇 응용 분야에서도 중요합니다. 응용 분야에 관계없이 일반적으로 평행한 턱이나 각도 운동이 있는 그리퍼를 기반으로 하는 로봇의 엔드 이펙터는 물체를 집거나 고정하거나 조작하는 것과 같은 작업에 필수적입니다. 머신 비전과 AI의 통합을 통해 그리퍼는 더 정확하게 물체를 식별하고 조작할 수 있어 여러 작업을 동시에 수행할 수 있습니다. 공압식보다 전기 그리퍼 제어가 더 높은 수준의 제어 및 전력 밀도 때문에 선호됩니다.
정확한 위치 및 힘 제어에 대한 필요성을 포함하여 이러한 장점을 강조하는 모션 시스템에 대한 수요는 계속될 것입니다. 슬롯리스 BLDC 모터처럼 빠르게 가속하는 동적 모터는 필요한 낮은 관성, 가벼운 무게, 높은 토크 특성을 제공합니다. 또한 모터에는 정확하고 반응성이 뛰어난 그립 조정을 위해 고해상도 인코더와 같은 고급 피드백 장치가 장착됩니다.
각 부문은 광범위한 로봇 적용 가능성을 제시하며 모션 시스템에 대한 요구도 다양합니다. 가장 효과적인 모션 사양을 달성하려면 맞춤화가 점점 더 요구되고 있습니다. 하나의 모터 설계가 모든 요구 사항을 충족할 수는 없으므로 특정 작업에 대한 로봇 성능을 최적화하고 환자 또는 착용자의 결과를 개선하려면 맞춤화가 중요합니다. 또한 맞춤화는 로봇 제작자의 통합을 간소화하여 시간과 개발 비용을 절약합니다.
최적의 모션 제어 파트너를 선택할 때는 소형 설계에서 성능을 최적화하는 능력과 까다로운 개발 일정을 지원하는 능력을 고려해야 합니다. Portescap은 강력한 카탈로그 대안과 완전한 맞춤화를 통해 솔루션 개발에 유연성을 제공합니다. Portescap은 글로벌 설계 및 제조 공간을 활용하여 광범위한 로봇 응용 분야에 대한 가치와 물류를 최적화합니다.
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