引語(yǔ)：手術(shù)機(jī)器人的應(yīng)用有助于緩解乃至解決醫(yī)療服務(wù)供需不平衡，全面提高醫(yī)療供給的效率，擁有強(qiáng)勁的增長(zhǎng)動(dòng)力。
隨著世界醫(yī)療技術(shù)浪潮的不斷發(fā)展與創(chuàng)新演進(jìn)，手術(shù)機(jī)器人這一尖端醫(yī)療輔助設(shè)備，作為我國(guó)醫(yī)療行業(yè)的新生事物，已逐漸成為各大醫(yī)院相繼引入的重要設(shè)備。
應(yīng)用背景
優(yōu)儀醫(yī)品（化名，以下簡(jiǎn)稱"優(yōu)儀"）是一家醫(yī)療器械設(shè)備制造商，專注于面向醫(yī)院生產(chǎn)和銷售手術(shù)機(jī)器人設(shè)備。該公司是國(guó)內(nèi)手術(shù)機(jī)器人行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，其正在研發(fā)的手術(shù)機(jī)器人正在發(fā)展為行業(yè)標(biāo)桿。本文將介紹科爾摩根在該公司的腔鏡手術(shù)機(jī)器人項(xiàng)目中所提供的解決方案。
應(yīng)用挑戰(zhàn)
安全、精度與穩(wěn)定，一個(gè)都不能少
腔鏡手術(shù)機(jī)器人是一種高度先進(jìn)的醫(yī)療機(jī)器人，被廣泛用于實(shí)施微創(chuàng)手術(shù)和遠(yuǎn)程手術(shù)。它能夠通過微小的切口進(jìn)入身體內(nèi)部，從而減少術(shù)中出血、術(shù)后疼痛和并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)，縮短住院時(shí)間，恢復(fù)時(shí)間更快。通過控制臺(tái)，外科醫(yī)生可以輕松地操縱機(jī)器人臂，執(zhí)行精細(xì)的手術(shù)操作，同時(shí)獲得更清晰的三維圖像和放大視野，提高手術(shù)精度和安全性。
腔鏡手術(shù)機(jī)器人在許多領(lǐng)域被廣泛使用，包括心臟外科、胃腸外科、泌尿外科、婦科和頭頸外科等。它已經(jīng)成為現(xiàn)代醫(yī)療領(lǐng)域的重要工具，幫助醫(yī)生提供更好的治療方案，提高手術(shù)效果和患者體驗(yàn)。
（圖片為效果圖）
對(duì)于優(yōu)儀來說，這款腔鏡手術(shù)機(jī)器人是其一系列醫(yī)療機(jī)器人研制計(jì)劃的一部分，它主要由醫(yī)生操作臺(tái)、手術(shù)平臺(tái)和手術(shù)機(jī)器人機(jī)械臂組三部分組成，機(jī)器人臂可以插入身體內(nèi)部進(jìn)行手術(shù)操作。作為醫(yī)院的關(guān)鍵手術(shù)設(shè)備，它首先需要具有極高的安全性，因此要求其核心零部件具備極高的性能品質(zhì)和一致性。而為確保手術(shù)操作的安全、精準(zhǔn)、穩(wěn)定，其機(jī)械臂需以低于0.2%的速度抖動(dòng)平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，并應(yīng)具備高達(dá) 1μm 的定位精度，同時(shí)，各關(guān)節(jié)扭矩的峰值可達(dá)常規(guī)運(yùn)行值的3倍之多。
（圖片為效果圖）
不僅如此，關(guān)節(jié)臂還需要有簡(jiǎn)潔、輕便的外形結(jié)構(gòu)，所有控制與動(dòng)力組件都必須嵌入到狹小設(shè)備本體內(nèi)部，包括通向關(guān)節(jié)電機(jī)和末端機(jī)械手線纜也需要能夠從關(guān)節(jié)臂中結(jié)構(gòu)中穿過。這些要求使得優(yōu)儀在設(shè)備研發(fā)上面臨著很大的挑戰(zhàn)，他們需要一個(gè)專業(yè)的供應(yīng)商來解決這些問題。
科爾摩根憑借在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的口碑和運(yùn)動(dòng)技術(shù)，在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域尤其是在手術(shù)機(jī)器人應(yīng)用方面具備的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，以及科爾摩根團(tuán)隊(duì)的專業(yè)技術(shù)和服務(wù)能力，讓優(yōu)儀選擇了科爾摩根。
科爾摩根無框直驅(qū)技術(shù)解決方案
小而強(qiáng)，巧而精
2021年前后，科爾摩根受客戶委托開始為其腔鏡手術(shù)機(jī)器人的研制提供產(chǎn)品技術(shù)和支持服務(wù)。
針對(duì)優(yōu)儀遇到的上述問題，科爾摩根為其提供了TBM2G系列無框力矩電機(jī)，用于為手術(shù)機(jī)器人關(guān)節(jié)提供動(dòng)力。其特性可以用小而強(qiáng)大來概括形容。
小，是指該電機(jī)具有高的扭矩密度，同等扭矩輸出情況下具備更小關(guān)節(jié)體積和更輕的總體重量，可輕松嵌入到狹小的機(jī)械臂本體內(nèi)部，加之采用中空結(jié)構(gòu)，讓通往各關(guān)節(jié)電機(jī)和末端機(jī)械手的線纜從機(jī)械臂和關(guān)節(jié)內(nèi)部穿過，這些都使得這款機(jī)器人的外形更緊湊、輕便、簡(jiǎn)潔。
強(qiáng)，主要包含三個(gè)方面：
1. 這款電機(jī)具備高達(dá)300%的扭矩過載能力以及高達(dá)155°C的溫升，可以在不增大電機(jī)規(guī)格和尺寸的情況下，滿足關(guān)節(jié)臂短時(shí)的大扭矩需求；
2. 它較高的轉(zhuǎn)速輸出，TBM2G 在24 V DC 電壓輸入情況下提供近 4,000 RPM 的轉(zhuǎn)速,輸出這樣就可以適配更大速比的減速機(jī)，以更緊湊的體積為末端負(fù)載提供更高的扭矩輸出；
3. 其低齒槽效應(yīng)，帶來了極低（< 0.2%）的速度波動(dòng)，即使是在低速運(yùn)行時(shí)，同樣表現(xiàn)出色
除了小和強(qiáng)，這款TBM2G 還很巧，它集成了霍爾傳感器反饋，可以配合增量式光柵實(shí)現(xiàn)絕對(duì)位置反饋功能，體積更小，整體成本更低，以標(biāo)準(zhǔn)品確保系統(tǒng)的一致性。
而值得一提的事，上述這些性能都是基于 24/48V 低壓直流供電實(shí)現(xiàn)的，這就確保了醫(yī)療設(shè)備電氣安全。
專于道，見于行
除了產(chǎn)品和解決方案，科爾摩根團(tuán)隊(duì)還在在硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)整合方面為優(yōu)儀提供了一系列卓越的專業(yè)知識(shí)和支持服務(wù)，協(xié)助其完成了從關(guān)節(jié)到機(jī)器人本體、再到手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、選型、安裝、部署、調(diào)試、以及與第三方驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)兼容性測(cè)試支持和相關(guān)型檢認(rèn)證。
然而，在項(xiàng)目期間，優(yōu)儀與科爾摩根雙方也遇到了一些現(xiàn)實(shí)的困難。比如：由于疫情的影響，供應(yīng)鏈問題導(dǎo)致單次大批量型檢訂單難以在認(rèn)證開始前一次性及時(shí)交付；為了解決這個(gè)問題，科爾摩根將單筆大批量項(xiàng)目訂單根據(jù)認(rèn)證計(jì)劃拆分為多次小批量分批交貨，以確保設(shè)備滿足交付認(rèn)證的周期。再如：設(shè)備調(diào)試過程中還遇到了使用第三方驅(qū)動(dòng)器時(shí)遇到反饋兼容性問題，后通過使用合適的上拉電阻進(jìn)行傳感器適配解決了這個(gè)問題。另外，機(jī)械臂末端軸需要直徑10-20mm的微型電機(jī)用于穿刺，科爾摩根為客戶推薦選用了兼容品牌電機(jī)。
（圖片為效果圖）
客戶收益
表現(xiàn)出色，攜手共創(chuàng)
目前，優(yōu)儀研制的這款腔鏡手術(shù)機(jī)器人，性能已經(jīng)基本達(dá)到起初設(shè)定的研制目標(biāo)，如：機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的速度波動(dòng)低于 0.2%，機(jī)械臂末端重復(fù)定位精度達(dá) ±1μm，個(gè)別關(guān)節(jié)短時(shí)扭矩過載能力達(dá)到300%...；當(dāng)前，該設(shè)備仍處于型檢認(rèn)證檢驗(yàn)過程中，相關(guān)項(xiàng)目進(jìn)程也正按照設(shè)定計(jì)劃有序進(jìn)行中，優(yōu)儀對(duì)設(shè)備目前所達(dá)到的性能情況和設(shè)備研制進(jìn)展與過程表示滿意。
而有關(guān)此次與科爾摩根的合作，優(yōu)儀方面稱，科爾摩根產(chǎn)品的性能、品質(zhì)及其在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用方案是令人信賴的；同時(shí)，科爾摩根在支持服務(wù)過程中表現(xiàn)出的專業(yè)知識(shí)、業(yè)務(wù)素養(yǎng)、綜合能力都十分出色；優(yōu)儀醫(yī)品表示后續(xù)會(huì)在其他各類手術(shù)機(jī)器人中使用科爾摩根的技術(shù)，并期待與科爾摩根團(tuán)隊(duì)在未來更多項(xiàng)目中繼續(xù)展開更深度的合作并不斷進(jìn)步，共同服務(wù)于醫(yī)療行業(yè)和患者。