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嵌入式电机控制系统在医疗职业中使用

由于精度不断提高,机器人系统已在实验室、医院甚至病人的体内得到了实际应用。从药品研发实验室、放射科,到手术室,机器人应用中的嵌入式电机控制技术正改变着医学研究与医疗过程。

因为精度不断进步,机器人体系已在实验室、医院乃至患者的体内得到了实践运用。

从药品研制实验室、放射科,到手术室,机器人运用中的嵌入式电机操控技能正改变着医学研讨与医疗进程。

经过安稳、牢靠和可重复地操控高流量的液体分注仪(liquid-handling system)、剖析仪(detection reader)、培养皿以及很多的试管和药瓶,机器人技能现已深深地影响了新药品研制的功率。一个线性的电机,实践上被称作“直”的电机,它带有一个扁平的定子,可以产生线性运动而非旋转运动。这种电机关于准确地分配各种液体很有帮忙。除了准确装备各种液体的次微升(sub-microliter)量,这些体系还能一次一起准确地操作和安顿很多的试管和药瓶。伺服电机能满足精准地旋转、驱动和放置很多的试管。

当医师在机器人技能帮忙下,关于病患进行医学确诊的时分,对定位和运动准确性的要求便大大增加了。比方,磁共振成像(MRI)的质量,就很大程度上取决于对MRI机架台上病患者的恰当定位。不良的定位会形成终究图画的歪斜以及数据判读的复杂化。运动操控体系可以运用多种技能,例如经过剖析电机电流偏移和运用方位译码器,来探测出机器是否触摸到了患者,然后可以防止对患者潜在的损伤。

激光眼科手术则更能显现出一点,即假如没有高准确度的机器的帮忙,这一医学进程便不可能存在。这个进程彻底依托准确的运动操控,一起外加间歇性的不同强度的激光脉冲。在进行激光眼科手术时,激光体系有必要实时追寻患者持续运动的眼球,而眼球的运动速度可能会到达每秒100次。盯梢体系有必要可以跟上眼球无意的快速运动,以确保它能指引激光束准确定位到需求改造的角膜部位。

近几年,机器人外科助理设备现已有了很大的开展。现如今这些设备乃至可以支撑创伤仅为1厘米的心脏穿刺手术。腹腔镜外科助理机器人技能,例如Intuitive Surgical的一些设备,它们并不是让外科手术自动化,而是在手术时有限的外部环境下,增加了外科医师准确操作、解剖以及缝合患者生理安排的才能。该公司的Endowrist仪器,每种都支撑一种特定的手术使命,例如经过供给七种自由度的运动来仿照人的手和手腕的灵敏性,来完成夹住和缝合的动作。

Intuitive Surgical 的腹腔镜机器人体系仿照人的手和手腕灵敏性.

 
在规范的腹腔镜外科手术中,仪器的运动是违背直觉的,就好像看着一面镜子在做手术。

机器人运动操控器会在外科医师手、腕的运动和外科仪器间,保持着一种相应的眼-手-仪器的次序。这样就减少了医师学习运用设备的担负,减小了医师的疲惫度,更有利于灵敏准确的操作。只需外科医师顺时针扭动调理设备,机器手就会随之顺时针扭动。一起,运动操控器也会滤除医师手的颤抖。

虽然压电致动器可以供给非常细小的位移,但Intuitive Surgical的高档副主席Gary Guthart指出,直流伺服电机满足简略,花费很值,并且可以供给所必需的大驱动力——手术刀尖几磅的力气,以切开安排。

因为手术中需求的亚毫米分辨率,机器人技能正在推进着直流伺服电机分辨率的进步。Intuitive的运动操控体系运用一个1200Hz的操控回路来供给满足的速度和准确性,然后使仪器运动更快,更天然,以到达医师的希望。

机器人外科助理设备的别的一个操控回路为外科医师供给了根底的触觉反应。低冲突的直流伺服电机满足支撑Intuitive Surgical机器人反应体系。这个反应体系给外科医师供给了与患者的感觉交互。运动操控器在和医师的通讯交互中结构出了触觉的边界。除了这种环路感觉外,运动操控体系还运用了硬件看门狗和软件核算核对,一起运用逻辑一致性查看以确保安全。体系只需求为过错查看供给一些冗余的感测,并在产生过错时跳入安全形式和告诉手术医师或操作者即可。

以上这些根据运动操控的体系,为体系设计者们供给了成功的先例,促进了他们持续寻觅新的方法,把嵌入式电机操控运用到医学研讨和医疗进程之中。

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