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實力不允許我低調
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说到这就不能不说,这手术机器人最初的设计理念了。
其实手术机器人诞生之初,并不是面相广大普通老百姓的。
他最初的设计理念,其实是为战争服务的。
早在上世纪八十年代末期,米国的一帮专家,就在有官方背景的斯坦福研究院,开始研究手术机器人。
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不过最初支持这个项目开发的却是米国的国防部,而他们的终极目的,就是想让这些科学家开发出一款,可以让士兵们,在战场上操作的机器人。
他们对这种机器人的要求,就是操作简单便于携带。
甚至如果可以的话,那么就可以让医生远程操作,来帮助战场上的士兵完成手术,从而达到救治士兵的目的。
毕竟在前线那样的环境下,想让医生安静的工作救人,可不是那么容易的。
这个想法很是异想天开,也非常大胆,并且能够在上世纪八十年代就想到这样的方案。
你不得不佩服人家米国人脑洞大,当然这可能也和当时他们国内主导的星球大战计划有关。
当时这个项目,从米国国防部手里拿到了不少的专项资金。
只可惜到90年的时候,因为前苏联解体,星球大战计划也就终止了。
而这时米国国防部也不得不缩减开支,于是在90年代后,这个项目就很少能从军方那边拿到资金了。
不过很快军方有通过他们的关系,帮忙联系上了米国国家卫生院,由这个机构,继续对这个项目进行注资,展开研究。
因为有着强大的财力支持,再加上米国也有着无数的科学精英,所以这个项目很快就有了进展。
不过当时参与项目的一个科学家,弗雷德里克。摩尔博士就对这个项目非常感兴趣,他多次对项目组提出申请。
要求把这个项目的初代产品,拿出来进行民用,这样就能达到最大商业化的目的。
可惜此前,一直没有获得批准。
知道1994年,他自掏腰包购买了初代机器人的所有知识产权,并且在1995年成立了直觉外科公司,然后在1996年就把这个初代产品包装,推出上市了。
米国人竟然早在二十多年前就搞出了这样的机器人,由此可见米国可怕的技术底蕴与实力。
而且人家还在原来的基础上不断的更新迭代的在深入研究。
比如在2006年的时候,他们就推出了第二代产品,到2009年他们又推出了第三代产品,2014年的时候,第四代产品问世。
到前几年,直觉感官公司的第五代产品,都已经开始行销全世界了……
而当初米国的科学家在设计这款机器人的时候,主要考虑的就是要在战地等恶劣的环境下使用,所以在机械手臂方面的要求,就要比工业机器人高。
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所以他们想了很多办法。
比如讲整台设备分成了三个部分,一个部分就是医生控制台,机械臂系统,以及成像系统。
医生控制台,顾名思义就是医生们操作设备的平台。
而机械臂系统,就是在病人身上执行操作的关键部件了。
和工业机器人的加工设备是一个道理,不过工业机器人控制机械臂用的是伺服电机。
而手术机器人上的控制系统,就是另外一回事了。
在这个系统里,一共有四条机械臂,最中间的一条叫做持镜臂,顾名思义就是扶着拿着摄像机的,另外三条叫做持械臂,也是操作臂。
在手术开始的时候,医生通过控制台要先将持镜臂探入到病人的术区,暴露术野。
同时在操作另外的机械臂,深入到病人体内,完成手术操作。
而机械臂进入的角度,深度都是设定好的,一旦进入到术区,就会锁死固定。
而这时完成手术操作的,就要靠机械臂前端的机械腕关节,以及夹具或者刀具了。
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就是靠着这些小工具,医生能够在病人的术区,完成游离,切割,缝合,夹紧,电凝等等一系列手术动作。
而且这机械手腕,以及前端的夹具可是非常灵活的,最多能有7个自由度,这可比人类的手腕还要灵活。
所以这套设备,能在非常狭小的空间内完成非常精妙的动作。
去年的时候,达芬奇就做过一个广告,医生操作两根机械臂,从一只酒瓶的窄口伸进去,并且在瓶子的内部,给一个葡萄完成了手术。
一点不夸张,他们给葡萄切开了肚皮,然后又给葡萄完成了缝合。
整个手术过程,大家在网上都可以看到。
而这样的灵巧程度,以及精妙程度,却真的是人手分本无法完成的。
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所以说,尽管现在使用手术机器人完成手术的价格非常昂贵,但其实这种设备,真的意味着外科手术的未来。
而因为手术机器人身上的机械臂众多,再加上控制这样的机械臂要非常讲究精度,而且还要格外的灵活。
这样一来,使用滚租四缸轴承来控制,那就不可能了。
而当初的设计者们,为了解决这个问题,提出的方案,就是尽可能多的在设备上装电机。
比如在每一根机械臂的关节处,就都装了电机。
然后在机械臂的末端,安装可旋转关节的离合器,在后面在装上微机械关节,以及四个控制轮。
然后通过电机来放出,或者拉近钢丝,带动控制轮,从而达到控制微型机械关节,最后达到控制离合器,来控制机械臂末端的刀具,夹具来完成手术动作的目的。
说起来,但其实工作的原理,其实非常复杂。
当初黄海滨在了解到,整个手术机器人的工作原理的时候,也被米国人这大开的脑洞给惊呆了。
此前他以为控制机械臂,还真的需要滚珠丝杠轴承了。
那时候他就在琢磨,米国人到底是怎么通过轴承,来控制这么多的机械臂的。
直到后来,他了解到,原来人家根本就没有使用轴承,而是使用了其他的机械方式。
从那之后,他是深深的被米国人的科技创意给折服了。
不过也正因为,这个机器人身上没有使用滚珠丝杠轴承,这才大大的降低了,他自装机器人的难度。
如果这台机器人要是使用滚珠丝杠轴承来控制机械臂的话,那非得把他难为死不可。
要知道现在高精度的滚珠丝杠轴承,可是需要从国外进口的。
而一旦人家觉得你进口这东西,要用在一些不该用的地方,那人家可不会卖给你的。
哪怕你出再高的价钱!
而且工业机床和机器人使用的轴承,对精度的要求,那是非常高的,最高的甚至都要精确到几微米的地步。
所以价格也非常的昂贵,真要是让黄海滨出钱去买,哪怕人家愿意卖给他,他也买不起太多,因为那玩意实在是太贵了。
而对于手术机器人来说,只要毫米级的精度就已经足够了。
就比如医生操作操纵杆,移动了5毫米,而机械臂的末端,其实在病人体内术区的移动距离,也就是1毫米而已。
所以这套机械手臂上使用的驱动装置,虽然和工业滚珠丝杠轴承比起来,精度是大有不如。
但如果说成本,那可就比工业用的轴承要降低太多了。
要知道工业机床上使用的滚珠丝杠轴承,之所以要那么贵,还有另外一方面的原因,那就是耐久度必须要高。
你要考虑到工业机床的工作环境,比如现在的五轴联动机床在加工工件的时候。
工人们可是把一个大铁陀,直接放到夹具上,让机床不断的变幻刀具在铁坨坨上面切削铣磨的。
在这个过程中可不光是铁坨坨会受力,铁坨坨在被修理的同时,还会有反作用力反馈到刀具上的。
如果按照正常的物理学现象,这时候刀具恐怕早就应该弹开了。
可是我们看到的机床加工视频里,看到的却是那机械臂夹持的刀具,始终贴合在工件的加工部位在不断的切削铣磨。
而之所以会这样,就是因为机床的计算系统,会根据铁坨坨的形状改变,不断的调整数据,并且输出指令给电机,让电机调整输出功率。
而这个任务最后的执行,可都落在滚珠丝杠轴承上,他要不断的控制刀具的进深,来调整加工的角度,保证精度。
所以这就是滚珠丝杠轴承最厉害的地方,也是他价格昂贵的原因。
还好在手术机器人上,不需要使用这么昂贵的配件。
不过虽然这电机,和机械臂控制系统这一块可以解决了。
那么接下来,就是成像系统这一块了,这一块也同样是非常不简单的。
因为手术机器人使用的都是三维摄像头,这种玩意,就和拍摄IMAX使用的三维摄像机一样,都是特制的。
而且在这个领域,可以说一直都是米国人称雄!
哪怕德国和日本的工业科技在牛,可是在这种前沿科技领域,最牛的还要输米国。
就比如达芬奇使用的摄像镜头,就是霍普金斯大学专门为他们设计定制的。
这种镜头,能够将术区放大10-15倍,这已经完全突破了人类肉眼的极限,这就大大提升了医生做手术的成功率。

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