醫(yī)療行業(yè)中的嵌入式電機控制應(yīng)用系統(tǒng)
在標(biāo)準(zhǔn)的腹腔鏡外科手術(shù)中,儀器的運動是違反直覺的,就如同看著一面鏡子在做手術(shù)。
機器人運動控制器會在外科醫(yī)生手、腕的運動和外科儀器間,保持著一種相應(yīng)的眼-手-儀器的順序。這樣就減少了醫(yī)生學(xué)習(xí)使用設(shè)備的負(fù)擔(dān),減小了醫(yī)生的疲勞度,更有利于靈活精確的操作。只要外科醫(yī)生順時針扭動調(diào)節(jié)裝置,機器手就會隨之順時針扭動。同時,運動控制器也會濾除醫(yī)生手的顫動。
盡管壓電致動器能夠提供十分微小的位移,但I(xiàn)ntuitive Surgical的高級副主席Gary Guthart指出,直流伺服電機足夠簡單,花費很值,而且能夠提供所必需的大驅(qū)動力――手術(shù)刀尖幾磅的力量,以切開組織。
由于手術(shù)中需要的亞毫米分辨率,機器人技術(shù)正在推動著直流伺服電機分辨率的提高。Intuitive的運動控制系統(tǒng)使用一個1200Hz的控制回路來提供足夠的速度和精確性,從而使儀器運動更快,更自然,以達(dá)到醫(yī)生的期望。
機器人外科助理裝置的另外一個控制回路為外科醫(yī)生提供了基礎(chǔ)的觸覺反饋。低摩擦的直流伺服電機足夠支持Intuitive Surgical機器人反饋系統(tǒng)。這個反饋系統(tǒng)給外科醫(yī)生提供了與病人的感覺交互。運動控制器在和醫(yī)生的通信交互中構(gòu)造出了觸覺的界限。除了這種環(huán)路感覺外,運動控制系統(tǒng)還使用了硬件看門狗和軟件計算核對,同時使用邏輯一致性檢查以保證安全。系統(tǒng)只需要為錯誤檢查提供一些冗余的感測,并在發(fā)生錯誤時跳入安全模式和通知手術(shù)醫(yī)生或操作者即可。
以上這些基于運動控制的系統(tǒng),為系統(tǒng)設(shè)計者們提供了成功的先例,促進(jìn)了他們繼續(xù)尋找新的方式,把嵌入式電機控制應(yīng)用到醫(yī)學(xué)研究和醫(yī)療過程之中。
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