医用机器人应用及发展.doc

江苏科技大学机械原理作业医用机器人应用及发展XXX（江苏科技大学船海学院，江苏镇江，212003）摘要：从机器人诞生到现在，机器人技术经历了一个长期缓慢的发展过程。随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机器人技术也得到了飞速发展。除了医用机器人水平不断提高之外，各种用于非制造业的先进机器人系统也有了长足的进展。机器人技术代表了机电一体化技术的最高研究成果，涉及机械工程、电子技术、计算机技术、自动控制理论及人工智能等多门学科，是当代科学技术发展最活跃的领域之一。机器人的研究、制造和应用程度，是一个国家或公司科技水平和经济实力的象征。目前，国际上许多大公司都在竞相研制各类先进机器人，向人们展示其实力。机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。在工业、医学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。关键字：医用机器人，发展，应用，先进机器人。Development and application ofmedicalrobotsXXX（Jiangsu University of Science and Technology marineinstitute, Jiangsu Zhenjiang,212003）Abstract: from birth to now robots, robot technology has experienced a long slow process. With the rapid development of computer technology, microelectronics technology, network technology, robot technology has been rapid development. In addition to continuously improve the level of medical robots, advanced robot system for non manufacturing industry has made great progress. Robot technology represents the highest achievements of the electromechanical integration technology, relates to the mechanical engineering, electronic technology, automatic control theory and computer technology, artificial intelligence and other disciplines, is one of the most active areas of the development of science and technology. Robot research, manufacturing and application, is a symbol of the state or the companys technological level and economic strength. At present, many large international companies are racing to develop all kinds of advanced robot, demonstrating its power to the people. The robot is a product of advanced integration of control theory, mechanical electronics, computer, materials and bionic. In industry, medicine, agriculture, construction and even the military have important applications in such areas.Keywords:medical,development,advanced一、医用机器人的发展 医疗机器人是目前国外机器人研究领域中最活跃、投资最多的方向之一，其发展前景非常看好。近年来，医疗机器人技术引起美、法、德、意、日等国家学术界的极大关注，研究工作蓬勃兴起。二十世纪九十年代起，国际先进机器人计划(IARP)已召开过多届医疗外科机器人研讨会DARPA己经立项，开展基于遥控操作的外科研究，用于战伤模拟手术、手术培训、解剖教学。欧盟、法国国家科学研究中心也将机器人辅助外科手术及虚拟外科手术仿真系统作为重点研究发展的项目之一在发达国家已经出现医疗外科手术机器人市场化产品，并在临床上开展了大量的病例应用研究。2、 几款先进的机器人1、 游动摄像胶囊这款摄像胶囊由微型螺旋桨驱动，也设计用于检查人体消化系统。在被患者从嘴里吞服下以后，它会“游动”检查医生所怀疑的区域。2、 远程诊断如图所示，医生正通过RP-7医疗机器人向护士询问患者病情。这款机器人与听诊器、耳镜和超声扫描仪相连接，还有一个相机和一个屏幕，使患者和远方的医生都能看到对方，从而使医生可以最大限度地像亲临现场一样进行诊疗。3、 摄影机器人在微创手术(即“锁孔手术”)中，摄影机器人FreeHand可以让外科医生运用头和脚来控制腹腔镜相机。这意味着他们可以腾出手来做手术。4、 吞服式机器人患者可将一块块的ARES机器人(即“可重构装配腔内手术系统”)吞入腹中，或由医生通过自然开口将其一块块插入人体，接着，它们会在体内自行组装。这样一来，外科医生在少切口或根本不用切口的情况下也能对患者进行手术。患者要吞服15块不同的机器人组件，后者进入体内受损部位。一旦到达指定位臵，机器人组件就会组装成一个能够实施手术的较大工具。5、 结肠诊疗机器人Endotics结肠诊疗机器人利用钳子和扩充器自行拉动在肠道内移动，而不需要像常规结肠镜那样由医生将其推入患者体内。Endotics机器人对肠壁施加的压力更小，从而减轻了患者的不适感。机器人的移动方式是受尺蠖毛虫的启发。6、 采血机器人顾名思义，采血机器人Bloodbot用于采集血样，由英国伦敦大学帝国学院的研究人员亚历克斯奇瓦诺维奇(Alex Zivanovic)和布赖恩戴维斯(Brian Davies)开发。2009年12月23日，伦敦亨特里恩博物馆(Hunterian Museum)将公开展出Bloodbot及其它机器人。3、 医用机器人组成 （1）机器人操作机：通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用，机器人操作机已实现了优化设计。以德国KUKA公司为代表的机器人公司，已将机器人并联平行四边形结构改为开链结构，拓展了机器人的工作范围，加之轻质铝合金材料的应用，大大提高了机器人的性能。此外采用先进的RV减速器及交流伺服电机，使机器人操作机几乎成为免维护系统。 （2）并联机器人：采用并联机构，利用机器人技术，实现高精度测量及加工，这是机器人技术向数控技术的拓展，为将来实现机器人和数控技术一体化奠定了基础。意大利COMAU公司，日本FANUC等公司已开发出了此类产品。 （3）控制系统：控制系统的性能进一步提高，已由过去控制标准的6轴机器人发展到现在能够控制21轴甚至27轴，并且实现了软件伺服和全数字控制。人机界面更加友好，基于图形操作的界面也已问世。编程方式仍以示教编程为主，但在某些领域的离线编程已实现实用化。 （4）传感系统：激光传感器、视觉传感器和力传感器在机器人系统中已得到成功应用，并实现了焊缝自动跟踪和自动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等，大大提高了机器人的作业性能和对环境的适应性。日本KAWASAKI、YASKAWA、FANUC和瑞典ABB、德国KUKA、REIS等公司皆推出了此类产品。 （5）网络通信功能：日本YASKAWA和德国KUKA公司的最新机器人控制器已实现了与Canbus、Profibus总线及一些网络的联接，使机器人由过去的独立应用向网络化应用迈进了一大步，也使机器人由过去的专用设备向标准化设备发展。 （6）可靠性：由于微电子技术的快速发展和大规模集成电路的应用，使机器人系统的可靠性有了很大提高。过去机器人系统的可靠性MTBF一般为几千小时，而现在已达到5万小时，几冬天可以满足任何场合的需求。4 机器人技术的发展与现状 我国已开始研制自己的医用机器人。 进入80年代后，在高技术浪潮的冲击下，随着改革开放的不断深入，我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持。“七五”期间，国家投入资金，对医用机器人及其零部件进行攻关，完成了示教再现式医用机器人成套技术的开发，研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人。1986年国家高技术研究发展计划（863计划）开始实施，智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前沿，经过几年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特种机器人。 从90年代初期起，我国的国民经济进入实现两个根本转变时期，掀起了新一轮的经济体制改革和技术进步热潮，我国的医用机器人又在实践中迈进一大步，先后研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等各种用途的医用机器人，并实施了一批机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基地，为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。 在机器人的单元技术和基础元部件开发方面：诸如交直流伺服电机及其驱动系统、测速发电机、光电编码器、液压元部件等均开发出一些样机和产品。但这些元部件距批量化生产还有一段距离。 在机器人装置方面：以开发出具有双CPU、多CPU和分级控制的机器人控制装置多台，主控计算机的档次也逐渐升级。 在机器人操作方面机制方面：已开发出一些先进的操作机和特种机器人，如AVG、壁面爬行机器人，重