當前，微創(chuàng)外科手術(shù)機器人正逐漸成為醫(yī)療機器人研究中的一個熱門研究領(lǐng)域。由于其特殊的機構(gòu)設(shè)計及機器人技術(shù)的引入，微創(chuàng)手術(shù)機器人可克服傳統(tǒng)手動微創(chuàng)手術(shù)的運動限制與缺陷，極大地拓展醫(yī)生的能力，讓醫(yī)生實現(xiàn)對手術(shù)儀器前所未有的精準控制，進而充分發(fā)揮微創(chuàng)手術(shù)的優(yōu)勢。

       中科深谷CSPACE實時仿真控制系統(tǒng)助力某醫(yī)療器械公司最新研發(fā)的腔鏡手術(shù)機器人開啟微創(chuàng)精準診療新篇章。

01 背景

       作為智能服務(wù)機器人的一種，醫(yī)療機器人能夠輔助醫(yī)生治療、拓展醫(yī)生能力、加速患者康復(fù)，并具備低誤差、高安全、強適應(yīng)及良好交互的特點，能給醫(yī)生和患者帶來許多好處，同時也能推動現(xiàn)代醫(yī)療的升級發(fā)展。目前，作為全新智能醫(yī)療設(shè)備，機器人已經(jīng)融入醫(yī)療康復(fù)、手術(shù)、后勤服務(wù)等多個領(lǐng)域，催生出包括手術(shù)機器人、康復(fù)機器人、導(dǎo)診機器人、運輸機器人、陪護機器人、外骨骼機器人等多種產(chǎn)品。

02 痛點

       目前，醫(yī)療機器人行業(yè)已經(jīng)有微型仿生機器械臂、腔內(nèi)開放視野的視覺成像技術(shù)等多項創(chuàng)新，但很多醫(yī)療器械公司在手術(shù)機器人核心算法研究以及機器人實時運動控制器開發(fā)領(lǐng)域仍欠缺相關(guān)經(jīng)驗。中科深谷CSPACE實時仿真控制系統(tǒng)在機器人控制器開發(fā)領(lǐng)域擁有豐富的研發(fā)經(jīng)驗以及成熟產(chǎn)品，在手術(shù)機器人算法研究方向積累了多年的研究經(jīng)驗，開發(fā)的控制器全部開源，并提供正逆運動學(xué)、關(guān)節(jié)空間、笛卡爾空間的軌跡規(guī)劃、臂型角運動控制、重力補償、零力拖動示教、柔順控制（阻抗控制）等運動學(xué)、動力學(xué)算法實驗案例。

03 解決方案

        中科深谷以客戶需求為導(dǎo)向，以技術(shù)能力為基礎(chǔ)，為客戶提供專業(yè)詳細的定制化解決方案。該方案通過采用CSPACE實時仿真控制系統(tǒng)，針對復(fù)雜的九軸手術(shù)機器人，構(gòu)建精確的系統(tǒng)控制模型，搭載有實時內(nèi)核的運動控制器，總線運動控制周期可達1ms。基于模型設(shè)計方法（RCP&HIL）優(yōu)化改進控制算法，高效解決參數(shù)辨識、高精度的正逆運動學(xué)求解以及笛卡爾空間軌跡規(guī)劃、狹小空間的臂型角運動控制等核心技術(shù)難點，最大程度實現(xiàn)了用少量的人手快速開發(fā)一套安全、實時的設(shè)備。同時CSPACE實時仿真控制系統(tǒng)解決方案也讓臨床中患者手術(shù)的安全更能得到保障，手術(shù)路徑提前得到優(yōu)化。

腹腔鏡手術(shù)機器人的驅(qū)動器研發(fā)的優(yōu)勢

       CSPACE實時仿真控制系統(tǒng)采用x86架構(gòu)，控制器性能強悍，接口豐富，支持EtherCAT通信，采用MBD的工程開發(fā)方式，能實現(xiàn)對現(xiàn)有工業(yè)控制器的無縫替換，開源系統(tǒng)算法、接口，滿足客戶實現(xiàn)產(chǎn)品化的需求。

手動示教圖

       軟件部分基于x86架構(gòu)聯(lián)合MATLAB/Simulink開發(fā)，結(jié)合計算機仿真和嵌入式實時控制技術(shù)，能實現(xiàn)硬件在環(huán)（HIL）和快速控制原型（RCP）設(shè)計的功能。

控制器功能架構(gòu)圖

       在器械臂的安裝與布置中，CSPACE實時仿真控制系統(tǒng)憑借簡單、易用、開源的特點再次得到了不少醫(yī)療機器人客戶企業(yè)的認可，CSPACE實時仿真控制系統(tǒng)的拖動示教和示教器交互編程，讓腔鏡手術(shù)機器人集成難度和時間大大減少，降低了開發(fā)成本，更快的迭代產(chǎn)品研發(fā)。

       “手術(shù)機器人不是取代醫(yī)生，而是輔助醫(yī)生更精準高效地完成手術(shù)。”近些年來，手術(shù)機器人得到了越來越多的關(guān)注，并且隨著人們對自身疾病治療的日趨重視以及對醫(yī)療質(zhì)量要求的增高，手術(shù)機器人在未來的醫(yī)療服務(wù)中必將具有更加廣闊的應(yīng)用前景。而中科深谷CSPACE實時仿真控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，將極大加快手術(shù)機器人的國產(chǎn)化步伐。未來中科深谷將持續(xù)研發(fā)創(chuàng)新，為醫(yī)療機器人系統(tǒng)研發(fā)提供更加高效、專業(yè)的工具與技術(shù)支撐。