Information aus dem Roboter

Die minimal-invasive Chirurgie findet immer weitere Verbreitung. Sie ist nicht nur schonender als herkömmliche Operationsmethoden, sondern stellt durch die geringere Anzahl von Schnitten auch ein reduziertes Infektionsrisiko dar. Für diese Art der Chirurgie eignen sich die MOT-Drehgeber-Serie der Münchner Megatron GmbH. Mit Durchmessern von 5 bis 13 mm sind diese Miniatur-Sensoren beispielsweise für die Istwert-Rückmeldung in Operationsrobotern gedacht. Dabei gehe es weniger darum, menschliche Fähigkeiten zu ersetzen, sondern diese so zu ergänzen, dass mit den Robotern feinere Eingriffe mit kleineren Schnitten möglich sind. Die Istwert-Rückmeldung in den Gelenken der Roboter ist deshalb das prädestinierte Einsatzgebiet für die Miniatur-Drehgeber-Serie MOT.

In Funktionalität und Ausstattung stehen die MOT den „großen“ Sensoren in nichts nach. Vor allem die hochwertigen Kugellager, die in allen Baugrößen eingesetzt werden, versprechen eine hohe Lebensdauer und Präzision. Zulässige Drehzahlen bis 6000 Umdrehungen pro Minute erschließen auch Anwendungsgebiete mit hoher Dynamik. Vergleichbar kleine Sensoren sind demgegenüber häufig mit schneller verschleißenden Gleitlagern ausgestattet. In der Baugröße 13 mm – die größte Version des MOT – ist sogar ein Line-Driver-Ausgang verfügbar.

Mit der MOT-Serie kann das Unternehmen die Branche mit hochwertigen optoelektronischen Sensoren beliefern, die unempfindlich gegen magnetische Störfelder sind. Die guten Ergebnisse bei der geringen Größe sind im internen Aufbau der Drehgeber begründet. Die Impulsscheibe des MOT5 hat eine Auflösung von 64 oder 100 Impulsen pro Umdrehung. Der MOT6 (mit 6 mm Gehäusedurchmesser) arbeitet beispielsweise mit einer Scheibe mit 1024 Impulsen pro Umdrehung. Im Inneren des Sensors entsteht ein Sinussignal, wenn ein Impulsstrich den Lichtstrahl des optischen Sensors durchwandert. Aus der Sinuswelle interpoliert die Elektronik 16 Teilimpulse, sodass auch bei diesem kompakten Sensor pro Umdrehung 1024 Impulse entstehen. Beim MOT13 greift dasselbe Prinzip für die hohen Auflösungen. Die möglichen 1000 Impulse, die diese Größe erzeugen kann, werden 2-fach, 4-fach, 8-fach oder 16-fach interpoliert. So kommt die maximale Auflösung von 16 000 Impulsen pro Umdrehung zustande. Geringere Auflösungen von 100 bis 1000 Impulsen pro Umdrehung werden ohne Interpolator erzeugt, indem die Auflösung direkt der Strichzahl auf der Impulsscheibe entspricht.

Der Bereich Industriesensorik von Megatron ist seit jeher auf die Umsetzung individueller Ausführungen seiner Produkte spezialisiert. Kaum ein Produkt, das in der Medizintechnik im Einsatz ist, ist so als Standardausführung erhältlich. Mit verschiedenen Modifikationen bei Drehwinkeln oder der Auflösung wird die benötigte Messung umgesetzt. Kabel, Stecker oder Steckverbinder passen auf diese Weise genau zur anwenderseitigen Mechanik. Darüber hinaus sind technische Anpassungen möglich, die bestimmte Einsätze überhaupt erst zulassen.

Der Impulsgeber SP6 ist ein Beispiel hierfür. Wird eine Herz-Lungen-Maschine benötigt, ist die Situation ernst. Keinesfalls darf hier ein Ausfall unbemerkt bleiben, deshalb ist für die Überwachung der Zylinder, die sich heben und senken, redundante Sensorik vorgeschrieben. Nur wenn beide Sensoren arbeiten und redundant gleiche Signale ausgeben, ist ein störungsfreier Betrieb gewährleistet. In jedem anderen Fall wird sofort ein Alarm ausgelöst. Für diesen Einsatz wurde der Sensor individuell auf die Anwendung zugeschnitten und mit neuen Halterungen und Führungen ausgestattet. Zusätzlich wird für diese Applikation das Drehmoment erhöht, um ein Nachschwingen des Gebers auszuschließen.

Decken- und Wandstative für verfahrbare Röntgengeräte sind in einer anderen Anwendung mit den Impulsgebern MOZ30 ausgestattet. Passend zur vorhandenen Mechanik sind hier die Kabel und Stecker ausgeführt worden. Da in dieser Konstruktion ausreichend Platz für das 30-mm-Gehäuse ist, kann eine größere Scheibe mit vielen Impulsen eine hohe Auflösung erzielen.

Um die Bewegung von Patientenliegen zu erfassen, gibt es mehrere Möglichkeiten. Der Miniatur-Impulsgeber MOM18 wird für die Bestimmung der Bewegung in X- und Y-Richtung eingesetzt. Auch im OP kommt dieser sehr kompakte Sensor zum Einsatz, etwa um die Auf-, Ab- und Drehbewegungen der Stative von OP-Lasern zu messen. Da der optische Eindruck auch in diesen medizinischen Umgebungen eine große Rolle spielt, sollten die Sensoren klein sein, damit sie möglichst außer Sicht angebracht werden können.

Eine andere Möglichkeit, den Verfahrweg von Patientenliegen zu bestimmen, ist die Nutzung eines Seilzugaufnehmers. Um die Bewegungen vorwärts und zurück aufzunehmen, reicht ein MIB25 aus. Durch den Seilzug kann der Sensor selbst außerhalb der Liege befestigt werden, wo der Platz nicht ganz so begrenzt ist. Das magnetische Abtastverfahren sorgt für störungsfreies Messen unabhängig von Vibrationen.

Megatron hat mehrere Miniatur-Drehgeber im Programm, die in den beschriebenen Applikationen Verwendung finden. Der MOM18 gehört zu diesen Neuheiten. Er liefert bis zu 1600 Impulse pro Umdrehung. Im Messbereich von 360° stehen hierfür zwei Kanäle und ein Referenzimpuls zur Verfügung. Wenn eine besondere Störfestigkeit gefordert wird, ist der bei dieser Serie neue Line-Driver-Ausgang zu empfehlen. Dieser Signalverstärker verbessert die Ausgabequalität und die Störfestigkeit. Für höhere Betriebsspannungen bis 12 V ist eine Open-Collector-Ausführung erhältlich. Das Gehäuse ist dafür geeignet, auch starken Stößen und Vibrationen standzuhalten, sodass der Geber auch in den anspruchsvollen medizinischen Umgebungen eingesetzt werden kann.

Torben Trupke Fachjournalist in Handeloh