用于外科手術(shù)電動機(jī)系統(tǒng)的驅(qū)動控制裝置和驅(qū)動控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1的前序部分所述用于外科手術(shù)電動機(jī)系統(tǒng)的驅(qū)動控制裝置，所述驅(qū)動控制裝置包括用于以開環(huán)和/或閉環(huán)控制電動機(jī)的電動機(jī)控制單元，所述電動機(jī)驅(qū)動外科手術(shù)工具。本發(fā)明的另外的方面涉及電動機(jī)系統(tǒng)本身。
[0002]另外，本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求11的前序部分所述觸發(fā)外科手術(shù)電動機(jī)系統(tǒng)的方法，其中所述外科手術(shù)工具由借助于電動機(jī)控制單元以開環(huán)和/或閉環(huán)來控制的電動機(jī)驅(qū)動。
【背景技術(shù)】
[0003]已知一般類型的外科手術(shù)電動機(jī)系統(tǒng)存在眾多變型，特別是與呈鉆銑床或鋸子形式的工具結(jié)合在一起的變型。所述外科手術(shù)電動機(jī)系統(tǒng)由電動機(jī)控制單元對電動機(jī)生成控制信號以便以特定的旋轉(zhuǎn)速度操作所述電動機(jī)來操作，所述特定的旋轉(zhuǎn)速度可以由驅(qū)動控制裝置來設(shè)定。根據(jù)電動機(jī)的類型，可以實現(xiàn)每分鐘多達(dá)80000轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度。如果所述電動機(jī)是具有至少兩個與轉(zhuǎn)子分開的電動機(jī)繞組的無刷DC電動機(jī)，那么這種類型的電動機(jī)系統(tǒng)是特別成本有效且維護(hù)成本低的。
[0004]例如從WO 2006/012991 Al或DE 10 2009 018 143 Al已知了用于一般類型的外科手術(shù)電動機(jī)系統(tǒng)的驅(qū)動控制裝置。關(guān)于這些已知驅(qū)動控制裝置，相關(guān)外科手術(shù)工具的旋轉(zhuǎn)速度是以閉環(huán)控制，其中，使用例如脈寬調(diào)制(PWM)或空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)。與常規(guī)的脈寬調(diào)制相比較，SVPWM方法所具有的優(yōu)點是所有電動機(jī)繞組可以同時通電，使得在特別低的旋轉(zhuǎn)速度下也可以實現(xiàn)電動機(jī)的平穩(wěn)的且無急動的操作。
[0005]除了它們的平穩(wěn)操作之外，這些已知的閉環(huán)控制方法的最重要的區(qū)別特征在于可以非常迅速地重新調(diào)整相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)速度。然而，已經(jīng)證明，例如在極限負(fù)載改變的情況下，非常迅速地重新調(diào)整旋轉(zhuǎn)速度不僅僅帶來優(yōu)點，如從以下比較中可以看出:
[0006]如果，例如，用壓縮空氣操作的不受控的電動機(jī)在驅(qū)動銑刀期間因可能被絆住而經(jīng)歷短期旋轉(zhuǎn)速度下降，這將導(dǎo)致在銑刀松開之后電動機(jī)速度再次提升。此處不會產(chǎn)生另外的溫度升高。
[0007]另一方面，如果這種銑刀由以閉環(huán)控制的電動機(jī)驅(qū)動，則電動機(jī)控制單元在這種情形中在非常短的時間內(nèi)進(jìn)行重新調(diào)整以對抗旋轉(zhuǎn)速度的急劇下降。這會導(dǎo)致問題，特別是在工具被連續(xù)多次絆住并且旋轉(zhuǎn)速度必須反復(fù)重新調(diào)整的情況下。如果在這種情形中更詳細(xì)地檢查當(dāng)前特征，將測量到另外的通電脈沖(I2x R)。因此，這些非常迅速的動態(tài)閉環(huán)控制方法伴隨另外的損失。由于連續(xù)的重新調(diào)整和相關(guān)聯(lián)的電流峰值，電動機(jī)產(chǎn)生了大量熱量并且存在會過熱的風(fēng)險。
[0008]存在需要或甚至要求這種迅速重新調(diào)整的許多應(yīng)用(例如，在穿顱術(shù)中)，其中由于穿顱術(shù)中可比較地短的激活時間，可以簡單地接受所描繪的另外的損失的缺點。然而，存在焦點并不過多集中在迅速重新調(diào)整上而是集中在最低的可能熱損失上的應(yīng)用如耗時的銑削骨段的過程。
[0009]如果在銑削骨段的過程中使用上述例如從WO 2006/012991 Al或DE 102009 018143 Al已知的驅(qū)動控制裝置，則存在電動機(jī)會過熱或甚至可能損壞的風(fēng)險。因此，出于安全原因，用于外科手術(shù)器械或設(shè)備的先前已知的驅(qū)動控制裝置的使用領(lǐng)域受限于特定目的。這就是不同的外科手術(shù)電動機(jī)系統(tǒng)或包括相應(yīng)地合適的驅(qū)動電動機(jī)的那些迄今為止根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域使用的原因。這妨礙了處理并且還增加了成本。然而，將期望使用一種電動機(jī)系統(tǒng)用于各種各樣的醫(yī)療應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明基于以下目的:進(jìn)一步開發(fā)一種如權(quán)利要求1的前序部分所述的驅(qū)動控制裝置，以使得相關(guān)聯(lián)的外科手術(shù)電動機(jī)系統(tǒng)的使用領(lǐng)域可以被擴(kuò)大。同樣地，還將提供一種對應(yīng)的控制方法以及一種外科手術(shù)電動機(jī)系統(tǒng)。
[0011]這個目的利用具有如權(quán)利要求1所述的特征的驅(qū)動控制裝置、利用具有如權(quán)利要求9所述的特征的外科手術(shù)電動機(jī)系統(tǒng)以及利用具有如權(quán)利要求11所述的方法步驟的方法來實現(xiàn)。有利的另外的發(fā)展是從屬權(quán)利要求的主題。
[0012]據(jù)此，本發(fā)明建議提供一種參數(shù)指定裝置，所述參數(shù)指定裝置布置在電動機(jī)控制單元的上游并且允許設(shè)定電動機(jī)控制單元的開環(huán)參數(shù)或閉環(huán)參數(shù)，以使得電動機(jī)的開環(huán)或閉環(huán)控制特征可以適應(yīng)于電動機(jī)系統(tǒng)的相應(yīng)狀態(tài)或用途，具體是適應(yīng)于電動機(jī)的狀態(tài)。替代針對不同的應(yīng)用使用不同的電動機(jī)系統(tǒng)，本發(fā)明基于以下理念:改變控制模式或電動機(jī)的開環(huán)或閉環(huán)控制特征，其方式為所述電動機(jī)最佳地適應(yīng)于相應(yīng)的應(yīng)用，以便實現(xiàn)所采用的電動機(jī)系統(tǒng)的一個更大的使用范圍。選擇開環(huán)或閉環(huán)參數(shù)的基礎(chǔ)是電動機(jī)的檢測狀態(tài)或狀態(tài)歷史，借助于所述檢測狀態(tài)或狀態(tài)歷史，參數(shù)指定裝置能夠確定當(dāng)前醫(yī)療應(yīng)用。在合適的參數(shù)選擇的情況下，將會實現(xiàn)的是，所得開環(huán)或閉環(huán)控制特征安全地防止了過載如電動機(jī)的不被允許的溫度升高。根據(jù)本發(fā)明的觸發(fā)方法因此可以用于大多數(shù)變化的外科手術(shù)目的，而不需要利用不同的電動機(jī)。各種控制模式或觸發(fā)特征可以通過純軟件工程解決方案來實現(xiàn)，而硬件即控制電子器件和電動機(jī)可以保持不變。因此，明顯提高了可管理性并且相對應(yīng)地降低了成本。
[0013]通過改變開環(huán)或閉環(huán)參數(shù)，可以改變電動機(jī)的開環(huán)或閉環(huán)控制特征以使得所得的扭矩/速度特征最佳地適應(yīng)于相應(yīng)的負(fù)載條件。
[0014]在本發(fā)明的意義上，控制模式影響或改變設(shè)定點或試驗值(pilot values)和/或開環(huán)或閉環(huán)控制特征本身。在不要求迅速重新調(diào)整(如例如在銑削骨段期間)的應(yīng)用情況的情況下，在控制過程中可以減小P比例并且可以增大I比例以便避免高電流峰值。替代地或另外地，可以總體降低最大電流的水平。另外，參數(shù)指定裝置允許相應(yīng)地降低設(shè)定點或目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度，特別是在超過臨界電流之后或在可能超限運行的情況下。
[0015]優(yōu)選的是，電動機(jī)或工具首先可以根據(jù)默認(rèn)控制模式或手動可調(diào)節(jié)的控制模式來操作，并且之后可以根據(jù)檢測狀態(tài)或識別的當(dāng)前醫(yī)療應(yīng)用來改變或切換至更合適的控制模式。
[0016]取決于應(yīng)用情況，還有可能在存在旋轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)的操作與不存在旋轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)(純開環(huán)控制)的操作之間切換，以針對旋轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)使用不同的控制參數(shù)或根據(jù)控制參數(shù)不變的情形適應(yīng)設(shè)定點的幅值。另外的替代方案是改變電動機(jī)的內(nèi)電阻，其中電動機(jī)的輸出電壓與測量的電流成比例地相對應(yīng)地降低或增大。
[0017]不同的開環(huán)或閉環(huán)控制特征以控制模式形式存放，可以根據(jù)情形從所述控制模式選擇一種合適的控制模式。根據(jù)本發(fā)明，以自動化方式進(jìn)行選擇和切換。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，動態(tài)地檢測外科手術(shù)電動機(jī)系統(tǒng)的相應(yīng)的狀態(tài)以便能夠?qū)?yīng)于相應(yīng)的需求以準(zhǔn)連續(xù)的方式改變開環(huán)或閉環(huán)控制特征。
[0019]根據(jù)一個實施方案，可能存放多種不同的控制模式，S卩，電動機(jī)的開環(huán)和/或閉環(huán)參數(shù)或特征曲線，它們各自與對應(yīng)的醫(yī)療應(yīng)用相關(guān)聯(lián)。根據(jù)電動機(jī)的檢測狀態(tài)或檢測狀態(tài)歷史，參數(shù)指定裝置之后能夠從這些中選擇合適的控制模式。
[0020]替代地或另外地，可以根據(jù)所采用的外科手術(shù)工具或工具適配器來進(jìn)行控制模式的選擇。歸因于優(yōu)選地自動檢測，可以選擇適合于工具的一種或多種控制模式。舉一個例子，不同的工具以不同的旋轉(zhuǎn)速度操作，例如以最大20000rpm或最大多達(dá)80000rpm操作。工具的識別確保以對應(yīng)的方式限制最大電動