现如今，外科机器人以及由机器人所辅助的外科设备通常要求无刷直流电机来满足既定的要求。虽然电机与运动是所有机器人的核心，但是外科机器人要求具备传统机器人与传统外科工具的两项能力。另外，使用在手术上的设备必须是无菌的。尽管在再处理期间重复蒸汽灭菌，这些设备必须可靠地并且连续地工作。

　　除了可靠性的要求外，外科手术设备设计者必须确保它们的终端设备满足精确的速度与扭矩要求，有能力承受高温灭菌的要求，在手术期间保证凉爽，并且满足极端的定位要求。这些设备知道需要适合它们应用的运动要求，这个已经合适地被定制，与它们的工具集成，并且做出合适的权衡来满足性能。在手术室中，满足维持与保存无菌领域的方法是预防感染，交叉污染，以及疾病传播，这是都是非常关键的方面。

　　有一些常用的方式来满足既定的无菌：

　　一次性工具：在某些例子中，医院与医生来挑选使用，一次性，单个使用的设备。这些通常利用一些不昂贵的电机（假设寿命没有要求），以及塑料的组件。这些工具在每次手术之后，必须被丢弃。

　　尽管这个方式简化了再处理并且消除了设备保养的要求，但是这使得设备的供应必须是连续的，并且医院会制造出大量有害的废物。除此之外，一次性的设备并不是典型的经济选项，当考虑到医院的总体成本时。

　　模块化设计，使用非无菌设备：另一种设计设备的方法是使得暴露的组件是无菌的，但是其它的部分并不是如此。这里，一个设计可能包含电机，控制器，以及在外壳内的电池组-并且为了无菌的考虑，医院的工作人员从工具上移除电机与电池组。这个方式要求：一个特殊的过程必须被正确的遵循来保证再处理设备被合适的无菌化并且需要更加持久的电子组件以及在由于重复的从系统中断开与再连接的电机与电池的连接。

　　保护性的电池：另一种方式是使用无菌屏障来覆盖机器人手臂或者设备-例如，一个塑料的覆盖或者翻盖。当成功地使用后，这些电池维持在一个无菌的领域中并且消除了从外在领域使用再生产的设备。这种方式在大型的手术机器人系统中是一个非常常见的方式-因为对于整个系统进行高压灭菌是不切实际的。

　　机器人系统的人体工程学要求同样也不同于哪些传统工具。更加详细地说，该电机可能物理性地远离外壳终端终端执行器并且通过电缆驱动来传输运动-对于传统的手术而言，这个可能不是非常便利，当一个外科医生必须精确地操控一个工具来完成一个精细的任务。

　　这种设计方式对于杀菌要求不高的医疗设备而言，是一个通常额选择，例如牙医与纹身应用。但是包含一个复杂覆盖方案的缺陷是需要系统性的移除与替代，这个极大地增加了在手术中实施手术的时间。覆盖可能非常庞大并且笨重，并且会降低手术室中的能见度-这反而降低了手术的有效性。

　　能够经受高压消毒的电机：医疗设备也能被设计成只使用可灭菌组件的设备。在这些设计中，电机必须是可灭菌的。可灭菌的无刷直流电机让设备制造者生产由于经过灭菌过程能够被信任的无菌的高功率人体设备。这些优势也能够在机器人辅助的外科设备当中看见，大多数的这些使得小尺寸，高功率，可持久，高效率，低噪音，以及长寿命的无菌设备成为必要。

　　什么是高压灭菌器循环？

　　大多数使用在医院中的灭菌方式是高温效率，也被称为蒸汽灭菌。在高压消毒的期间，外科工具被完全暴露在百分百湿度，135摄氏度，以及气压变化的环境中达到18分钟以上。大多数高压灭菌器有额外的真空循环来促进蒸汽渗入以及杀死能够隐藏在设备中微小的洞的病毒，真菌，细菌和孢子。反复暴露在这个环境中，通常会导致严重的电气与腐蚀问题，如果电机与设备设计不充分的话，是不足以承受这些条件。

　　用于外科设备的高压灭菌的无刷直流电机设计

　　传统的电动工具与机器人辅助的外科设备能够使用无刷直流特技在有槽或者无槽的配置。注意，有槽与无槽是指在电机定子的叠片类型。这些科技有他们自身的优势，并且应用程序要求决定了哪一个技术适合当前的设计。

　　无槽的无刷直流电机技术在外科电机这一市场上已经是一个证明了的措施。在有槽的电机中，这个铜线被缠绕在层叠的槽内-因此是固定保护的。额外的绝缘层以及模型材料能够被轻易增加而不会影响电机的性能。这种物理构造使得无槽直流电机在微型移动设计中出类拔萃，足够坚固，以至于能够承受极端的环境条件，例如在高压灭菌设备中，或者在手术期间将电机暴露在盐水与其它污染物之中。

　　另外，有槽的设计包括：

　　易于定制电磁学（绕组，叠片长度以及等等）：

　　• 非常高的绝缘电阻（1600伏交流或者更高）

　　• 改善的热消散以及更高的连续扭矩

　　• 一个小的磁性气隙来允许更薄的磁铁以及一个更高的永久系数（这个在一个大的温度范围内传递扭矩稳定性）

　　• 相比于无槽无刷直流电机，更低的转子惯量

　　无槽电机是另外一种无刷直流电机技术。这些电机是非常有能力的并且能够适合于各种应用之中。在无槽电机上，线圈是在一个单独的外部应用之中，并且是一个自我支持的子组件。

　　在电机组装期间，刚性线圈是直接插入在气隙之中。在这个设计中，线圈中的磁感应随着气隙增大而减少，在这种电机中的感应，通常小于有槽的无刷直流电机，一个更大的以及更加有力的磁铁是被需要用来满足感应损失的。

　　尽管，无槽电机能够被设计用来通过感应，在暴露中的设备有一层保护性的膜而忍受蒸汽灭菌，但是相比于有槽电机，从极端的环境条件下获得长期的以及可以依赖的保护是非常具有挑战性的。如果高压或者高灭菌周期不需要的话，在一个给定的应用中，一个无槽的设计可能是非常有利的：零启动转矩（无齿槽），在非常高速的状态下进行平滑的运行，增加电机扭矩，高峰值扭矩能力。

　　一些外科手术过程或者设备应用要求对于电机的高精度控制。对于使用高精度传感器，视觉系统，触觉反馈，或者3D打印的机器人辅助外科设备，这是正确的。外科手术的成功实施或许需要对于电机输出的极端精确控制。精确的要求或许可能已经超越了传统的霍尔传感器，在每60度的情况下，能够监控转子的位置。使用一个编码器能够提供速度控制的反馈以及小于1度增加的转子位置反馈。

　　编码器能够提供相比于或者传感器所能提供的在更高精度下的角位置测量。这些反馈支持位置控制以及更好的无刷直流电机精度。从编码器测量的位置测量，加速与方向都是能够推断的。

　　建议： 当指定编码器的时候，第一个决定的是要求的精度与分辨率。这个技术类型必须要被选择。在旋转编码器中，光学与磁性是非常普遍的技术。

　　在高压灭菌之中，例如外科工具，磁性编码器是一个典型的健壮的以及可以依赖的选项。增量或者绝对型的反馈，在传递角度值的时候，是两个常见的变量。如果使用增量信号，一个索引脉冲，每旋转一次，一个技术其被需要用来计算绝对角度位置。否则，反馈就是相对的。

　　绝对反馈是典型的串行通信，例如SSI,SPI,或者BiSS来提供一个0到360度的编码角度值。拓众提供的选项包括：

　　• 可灭菌选项-设计并测试超过2000个高压循环

　　• 每六步换向的霍尔传感器信号（U, V, W）

　　• 10位的增量型编码器（A,B,Z）

　　• 11位分辨率的绝对角度编码器

　　• 通过SPI输出绝对位置

　　• 在噪音环境下的不同输出

　　• 允许套管的离轴输出

　　现代外科设备-无论是传统的手动工具还是机器人协助设备-都对于运动有着极端的要求。这些要求通过与电机供应商合作，而能够得到满足。