Faulhaber Leistungsfähige Antriebstechnik für die Robotik

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Die Argumente für den Einsatz von Robotern sind heute vielfältig. Mit zunehmendem Fachkräftemangel werden wir künftig mehr denn je auf ihre Hilfe angewiesen sein. Auch in Zukunft werden Roboter Menschen zunehmend bei ermüdenden, stupiden, wiederkehrenden Arbeiten helfen und können in vielen Anwendungsfällen höhere Genauigkeit und Zuverlässigkeit bieten. Das gilt zum Beispiel für die Medizintechnik.

• OP-Roboter: höchste Präzision, Schnelligkeit und optimale Ergonomie

• Großes Portfolio an Miniatur- und Mikroantriebstechnologie

• Antriebe in Herzpumpen, chirurgischen Handwerkszeugen sowie in der Ophthalmologie

Um etwas zu bewegen, brauchen Roboter Antriebe, die allerdings vielseitige Anforderungen erfüllen müssen. Fast allen Anwendungen gemeinsam ist der geringe Einbauplatz und damit die Forderung nach kompakten und oft auch leichten Antriebseinheiten. Von den kleinen Antrieben werden meist dennoch hohe Drehmomente, gute Wiederholgenauigkeiten, große Dynamik und maximale Leistungsdichte gefordert. Gerade in der Zusammenarbeit mit menschlichen Kollegen müssen sie geräuscharm arbeiten, um die Konzentration nicht zu stören. Zudem sollen sie kommunikationsfreudig sein, damit sie sich mit anderen Komponenten im Roboter-Antriebsverbund zuverlässig „austauschen“ können. Besondere Anwendungen fordern zudem z.B. Unempfindlichkeit gegenüber Magnetfeldern, Vakuumfestigkeit oder geringen Energieverbrauch für den mobilen, batteriebetriebenen Einsatz. In manchen Fällen ist der zuverlässige Umgang mit Überlast bei hohen Drehzahlen gefragt. Je nach Anwendung müssen lange Verfahrwege oder Rotationen realisiert werden, sind selbsthemmende Antriebe gefordert oder solche mit extrem geringem Spiel. Andernorts ist die Sterilisierbarkeit der Antriebe essentiell. Kurz: die Anforderungen sind sehr vielfältig.

Einsatzbereich OP

Die Antriebsexperten von Faulhaber kennen all diese Anforderungen aus jahrelanger Praxiserfahrung und haben mittlerweile bei den unterschiedlichsten Robotiklösungen mitgewirkt. Die Einsatzbereiche der Antriebe reichen von Kanalisationsrobotern über Roboter für Handling und Logistik bis hin zu OP-Anwendungen. Mittlerweile gibt es kaum einen medizinischen Eingriff, bei dem ein roboterunterstütztes Operieren nicht möglich wäre. Schon heute bieten mehr als 70 Unternehmen Systeme für verschiedenste Eingriffe an. So zum Beispiel bei Eingriffen an der Wirbelsäule, dem Knie, der Hüfte, im Bauchraum, in der Neuro-Chirurgie, im Hals-Nasen-Ohren-Bereich, bei Biopsien, in der Gynäkologie und Urologie oder auch bei Operationen am Herz oder im Auge.

Was für den Einsatz von Robotern im OP-Saal spricht, liegt auf der Hand: Ein Roboter wird nicht müde, bietet höchste Präzision und Schnelligkeit sowie optimale Ergonomie. Experten gehen davon aus, dass sie die Arbeit im OP künftig revolutionieren werden: Der Chirurg steuert dann von einer OP-Konsole via Joysticks die Roboterarme, die für den Eingriff am OP-Tisch eingesetzt werden. Auch nach einer 24-Stunden-Schicht schneidet der Roboter absolut präzise und ohne Zittern. Rechnergestützt kann der Roboter jederzeit prüfen, ob der Arzt noch genau da operiert, wo es notwendig ist. Im Zweifel kann das System den Arzt stoppen und so potenzielle Behandlungsfehler verhindern. Hochdynamische, präzise Antriebssysteme sind für diesen Anwendungsfall gefragt. Faulhaber-Antriebssysteme bieten hier dank ihrer eisenlosen Wicklungstechnik und flacher Drehzahl-/Drehmomentkennlinie die erforderlichen Eigenschaften wie etwa exakte Positionierung und Drehzahlkontrolle.

Jahrelange Erfahrung schafft praxisgerechte Lösungen

Je mehr robotergestütztes Operieren in unterschiedlichsten Disziplinen eingesetzt wird, desto mehr steigt auch der Bedarf an Antriebssystemen, etwa für die Positionierung von Roboterarmen. Hier sind hochdynamische Systeme gefragt, die in kürzester Zeit die volle Drehzahl liefern. Dass die Experten für Kleinstantriebe über ein riesiges Portfolio an innovativer Miniatur- und Mikroantriebstechnologie verfügen, kommt Anwendern zugute. Dank modular aufgebautem Baukastensystem lassen sich im Standardprogramm rasch individuell passende Lösungen – bestehend aus Antrieb, Getriebeeinheit und Motion Controller – zusammenstellen. Die Kleinstmotoren stehen mit Durchmessern von 6 bis 22 mm zur Verfügung und lassen sich für besondere Anforderungen zudem noch modifizieren. Zu den häufigsten Anpassungen gehören beispielsweise Vakuumtauglichkeit, Erweiterung des Temperaturbereichs, modifizierte Wellen, andere Spannungstypen sowie kundenspezifische Anschlüsse oder Stecker.

Im OP finden sich aber auch ganz andere Anwendungen für solche Antriebe: Während einer Vollnarkose beatmet der Anästhesist den Patienten grundsätzlich künstlich. In der Turbineneinheit eines solchen Beatmungsgerätes, das in ein Anästhesiesystem integriert ist, arbeitet ein bürstenloser Highspeed-DC-Motor mit nur 24 Millimeter Durchmesser. Der eingesetzte Antrieb ist nicht nur sehr schnell und geräuscharm über den gesamten Drehzahlbereich, sondern auch sehr dynamisch. Damit ermöglicht er eine annähernd natürliche Beatmung, und zwar sowohl für Erwachsene als auch Kinder und Neugeborene. Die turbinenbasierte Beatmung erlaubt zudem zu jeder Zeit die freie Durchatembarkeit (Spontanatmung) der Patienten.

Medizinischer Einsatz außerhalb des OP-Saals

Aber nicht nur bei roboterunterstützten operativen Eingriffen finden Kleinstantriebe Einsatzbereiche in der Medizintechnik. Antriebe der Schönaicher stecken heute zum Beispiel auch in implantierbaren Herzpumpen, chirurgischen Handwerkzeugen in der Ophthalmologie und in der medizinischen Bildgebung und -verarbeitung. Leistungsstarke Motorfamilien wie die BX4- oder BP4- sowie die neue BXT-Baureihe lassen sich kombiniert mit weiteren Komponenten wie verschiedenen Getrieben, optischen, magnetischen oder absoluten Encodern sowie Speed bzw. Motion Controllern flexibel an anspruchsvolle Robotikanwendungen anpassen.

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* Diplom-Ingenieurin Nora Crocoll ist Journalistin beim Redaktionsbüro Stutensee und Diplom-Ingenieur Andreas Seegen ist Marketing-Leiter bei Faulhaber.

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