外科用ロボットで最も一般的なタングステンケーブルの構成は、8×19、7×37、19×19です。タングステン線を使用した機械ケーブルは、8×19には201本のタングステン線、7×37には259本のタングステン線、そして19×19には361本の螺旋撚線が含まれています。ステンレス鋼は、数多くの医療機器や外科用機器を含む様々な用途に使用されていますが、外科用ロボットにおいてはタングステンケーブルに代わるものはありません。
しかし、機械ケーブルの素材としてよく知られているステンレス鋼が、なぜ外科用ロボットの駆動装置ではますます使われなくなっているのでしょうか？ステンレス鋼ケーブル、特に極小径ケーブルは、軍事、航空宇宙、そして最も重要なことに、数え切れないほど多くの外科用途で広く使用されているのです。
外科用ロボットのモーションコントロールにおいて、ステンレス鋼に代わってタングステンケーブルが採用されている理由は、想像するほど不思議なものではありません。耐久性に関係しているのです。しかし、この機械ケーブルの強度は直線引張強度だけで測られるものではないため、現場の状況に適した様々なシナリオでデータを収集し、性能指標としての強度を検証する必要があります。
8×19構造を例に挙げてみましょう。外科用ロボットのピッチングとヨーイングを実現するために最も一般的に使用される機械ケーブル設計の一つである8×19は、負荷が増加するとステンレス鋼製のケーブルよりも大幅に優れた性能を発揮します。
タングステン ケーブルのサイクル時間と引張強度は負荷の増加とともに増加しましたが、代替のステンレス鋼ケーブルの強度は、同じ負荷でのタングステンの強度と比較して大幅に減少していることに注意してください。
負荷が 10 ポンドで直径が約 0.018 インチのステンレス鋼ケーブルでは、同じ 8×19 設計とワイヤ直径を持つタングステンで達成されるサイクルの 45.73% しか得られません。
実際、この研究では、10ポ​​ンド（44.5 N）の荷重下でも、タングステンケーブルはステンレス鋼ケーブルの2倍以上の頻度で作動することがすぐに示されました。他の部品と同様に、外科用ロボット内部のマイクロメカニカルケーブルは厳格な規制要件を満たすか、それを上回る必要があるため、ケーブルはどんな衝撃にも耐えられるはずです。つまり、この分析は、ステンレス鋼ケーブルと比較して、同じ直径8×19インチのタングステンケーブルを使用することで、固有の強度上の利点が得られるだけでなく、2つの選択肢の中でより強度が高く耐久性の高いケーブル素材を使用してロボットに電力を供給できることを示唆しています。
さらに、8×19設計の場合、タングステンワイヤーロープのサイクル数は、同じ直径と荷重のステンレス鋼ワイヤーロープの少なくとも1.94倍です。さらに、研究によると、ステンレス鋼ケーブルは、適用荷重を10ポンドから30ポンドに徐々に増加させても、タングステンの弾力性に匹敵することはできないことが示されています。実際、2つのケーブル材料の差は拡大しています。同じ30ポンドの荷重で、サイクル数は3.13倍に増加します。さらに重要な発見は、研究全体を通してマージンが（30ポイントまで）減少することはなかったことです。タングステンは常にサイクル数が高く、平均39.54％でした。
この研究では、高度に制御された環境で特定の直径とケーブル設計のワイヤを調査しましたが、タングステンの方が強度が高く、正確な応力、引張荷重、滑車構成でより多くのサイクルを提供できることが実証されました。
外科用ロボットアプリケーションに必要なサイクル数を達成するには、タングステン機械エンジニアと協力することが重要です。
ステンレス鋼、タングステン、あるいはその他の機械ケーブル材料であっても、2つのケーブルアセンブリが同じ一次巻線に使用されることはありません。例えば、マイクロケーブルでは通常、撚線自体も、ケーブルに適用されるフィッティングのほぼ不可能なほど厳しい公差も必要ありません。
多くの場合、ケーブル自体の長さやサイズ、アクセサリの位置やサイズは、ある程度自由に選択できます。これらの寸法は、ケーブルアセンブリの許容誤差を構成します。機械ケーブルメーカーがアプリケーションの許容誤差を満たすケーブルアセンブリを製造できる場合、これらのアセンブリは実際の環境でのみ使用できます。
人命が危険にさらされる外科用ロボットの場合、設計公差の達成は唯一許容できる結果です。そのため、外科医のあらゆる動きを模倣する極細の機械ケーブルは、地球上で最も高度な技術の一つであると言っても過言ではありません。
これらの外科用ロボットに内蔵される機械式ケーブルアセンブリも、狭く窮屈なスペースを占有します。これらのタングステンケーブルアセンブリが、子供の鉛筆の先ほどの滑車に取り付けられ、極めて狭い溝にもシームレスに収まり、予測可能なサイクル数で動作を維持しながら、両方の機能を果たすというのは、実に驚くべきことです。
また、ケーブル エンジニアが事前にケーブル材料についてアドバイスすることで、ロボットの適切な市場投入戦略を計画する際に重要な変数となる時間、リソース、さらにはコストを節約できる可能性があることにも留意してください。
急速に成長する外科用ロボット市場において、単に動作を補助するための機械ケーブルを提供するだけではもはや通用しません。外科用ロボットメーカーが驚異的な製品を市場に投入するスピードと地位は、製品がいかに容易に量産化できるかに大きく左右されます。だからこそ、機械エンジニアが日々これらのケーブルアセンブリを研究、改良、そして製造していることを念頭に置くことが重要です。
たとえば、外科用ロボットのプロジェクトでは、ステンレス鋼の強度、延性、サイクルカウント能力を重視して開始されることが多いのですが、ロボット開発の後期段階では依然としてタングステンが使用されることがあります。
手術用ロボットメーカーは、ロボット設計の初期段階ではステンレス鋼を使用するのが一般的でしたが、後にその優れた性能からタングステンを選択しました。これは動作制御へのアプローチの突然の変更のように思えるかもしれませんが、実際にはそう見せかけているだけです。この材料変更は、ロボットメーカーとケーブル製造のために雇用された機械エンジニアとの必須の協力関係の結果です。
ステンレス鋼ケーブルは、特に内視鏡機器の分野において、外科器具市場において定番の地位を確立し続けています。しかし、ステンレス鋼は内視鏡／腹腔鏡手術中の動きを支える能力がある一方で、より脆いものの密度が高く、したがって強度が高いタングステンのような引張強度は持ちません。
タングステンは、外科用ロボットのケーブル素材としてステンレス鋼の代替として理想的ですが、ケーブルメーカー間の良好な連携の重要性は計り知れません。経験豊富な極細ケーブルの機械エンジニアと協力することで、お客様のケーブルが世界トップクラスのコンサルタントとメーカーによって製造されることが保証されるだけでなく、適切なケーブルメーカーを選択することで、科学的な視点と製造計画の改善ペースを最優先にすることができ、競合他社よりも早くモーション制御の目標を達成できるようになります。
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