医用机器人 医用机器人

医用机器人

医用机器人是指辅助或代替人类医生进行医疗诊治及护理的机器人。医用机器人有多种类型常见的医用机器人主要有运送物品的机器人、移动病人的机器人、临床医疗用的机器人和为残疾人服务的机器人等。其中运送药品的机器人可代替护士送饭、送病例和化验单等，较为著名的有美国TRC公司的Help Mate

机器人；移动病人机器人主要帮助护士移动或运送瘫痪、和行动不便的病人，如英国的PAM机器人；临床医疗用机器人包括外科手术机器人和诊断与治疗机器人，可以进行精确的外科手术或诊断，如日本的WAPRU－4胸部肿瘤诊断机器人；为残疾人服务的机器人又叫康复机器人，可以帮助残疾人恢复独立生活能力，如美国的Prab Command系统。

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。

二．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。

三．医用机器人提供的几种特殊服务

（1）药房分药准确无误。据英国《独立报》报道，来自英国纽卡斯尔和沃里克的科学家正在研发一种护理机器人，希望借此分担繁重琐碎的护理工作，并缓解英国护理人员人手紧张的状况。

新研制的护理机器人将帮助医护人员确认病人的身份，并准确无误地分发所需药品。专家预测，在不远的将来，机器人护士还可以检查病人体温、清理病房，甚至通过视频传输帮助医生及时了解病人病情。目前伦敦已有几家医院在药房安装了售药机器人。

（2）精确完成外科手术。迄今为止，人类在医用机器人研制上已有所建树。其中较著名的当属美国研发的“达·芬奇系统”。这种手术机器人得到了美国食品和药物管理局认证。它拥有４只机械触手。在医生操纵下，“达·芬奇系统”精确完成心脏瓣膜修复手术和癌变组织切除手术。医用机器人的本领还不仅如此。美国国家航空和航天局宣布了一项计划，将在其水下实验室和航天飞机上进行医用机器人操作实验。届时，医生只需坐在纳什维尔实验中心的电脑前就可以操纵水下和天外的手术。医用机器人还将被应用于军事领域。2005年，美国军方

投资1200万美元研究“战地外伤处理系统”。这套机器人装置被安放在坦克和装甲车辆中，战时通过医生从总部传来的指令，机器人可以对伤者进行简单手术，稳定其伤情等待救援。

（3）教学帮手不可替代。除此以外，医用机器人还是理想的教具。美国华盛顿一家医院的医护人员使用一部名为“诺埃尔”的教学机器人，它可以模拟即将生产的孕妇，甚至还可以说话和尖叫。通过模拟真实接生，有助于提高妇产科医护人员手术配合和临场反应。“我们不可能在真人身上反复试验，因此‘诺埃尔’是一件了不起的教具。”该医院护士吉纳·艾伦说

四．几款先进医用的机器人

（1）爬行摄像胶囊。按照设计，这个机器人可携带摄像机，通过有弹性的“腿”爬进患者的消化道，替代传统内窥镜进行检查。它可用来检查食管、胃和十二指肠内部的损伤或溃疡情况，由意大利圣安娜高等学校的CRIM实验室开发。

(2）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。

（3)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。

（4）肌肉机器人 RI-MAN机器人是由日本名古屋理研生物模拟控制研究中

心开发的医用搬运工模型。它不仅有柔软、安全的外型，手臂和躯体上还有触觉感受器，使它能小心翼翼地抱起或搬动患者。从长远来看，RI-MAN机器人能取

代护工去照顾老人或体弱多病者。

（5）摄影机器人在微创手术(即“锁孔手术”)中，摄影机器人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。

（6）前列腺诊疗机器人根据设计，机器人可以让外科医生准确地切除肥大的前列腺，将对患者造成的伤痛降至最小程度。外科医生只需指定要切除的前列腺部分，无需进一步干预，机器人即可自动将其切除。

（7）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