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由于精度不斷提高，機器人系統已在實驗室、醫院甚至病人的體內得到了實際應用。 從藥品研發實驗室、放射科，到手術室，機器人應用中的嵌入式電機控制技術正改變著醫學研究與醫療過程。 通過穩定、可靠和可重復地控制高流量的液體分注儀（liquid-handling system）、分析儀（detection reader）、培養皿以及大量的試管和藥瓶，機器人技術已經深深地影響了新藥品研發的效率。一個線性的電機，實際上被稱作“直”的電機，它帶有一個扁平的定子，能夠產生線性運動而非旋轉運動。這種電機對于精確地調配各種液體很有幫助。除了精確配置各種液體的次微升（sub-microliter）量，這些系統還能一次同時精確地操作和安置大量的試管和藥瓶。伺服電機能足夠精準地旋轉、驅動和放置大量的試管。 當醫生在機器人技術協助下，對于病患進行醫學診斷的時候，對定位和運動精確性的要求便大大增加了。比如，磁共振成像（MRI）的質量，就很大程度上取決于對MRI機架臺上病患者的適當定位。不良的定位會造成最終圖像的傾斜以及數據判讀的復雜化。運動控制系統可以使用多種技術，例如通過分析電機電流偏移和使用位置譯碼器，來探測出機器是否接觸到了病人，從而可以避免對病人潛在的傷害。 激光眼科手術則更能顯現出一點，即如果沒有高精確度的機器的協助，這一醫學過程便不可能存在。這個過程完全依靠精確的運動控制，同時外加間歇性的不同強度的激光脈沖。在進行激光眼科手術時，激光系統必須實時追蹤患者持續運動的眼球，而眼球的運動速度可能會達到每秒100次。跟蹤系統必須能夠跟上眼球無意的快速運動，以確保它能指引激光束精確定位到需要改造的角膜部位。 近幾年，機器人外科助理裝置已經有了很大的發展�，F如今這些裝置甚至能夠支持創口僅為1厘米的心臟穿刺手術。腹腔鏡外科助理機器人技術，例如Intuitive Surgical的一些裝置，它們并不是讓外科手術自動化，而是在手術時有限的外部環境下，增加了外科醫生精確操作、解剖以及縫合患者生理組織的能力。該公司的Endowrist儀器，每種都支持一種特定的手術任務，例如通過提供七種自由度的運動來模仿人的手和手腕的靈活性，來實現夾住和縫合的動作。 Intuitive Surgical 的腹腔鏡機器人系統模仿人的手和手腕靈活性. 在標準的腹腔鏡外科手術中，儀器的運動是違反直覺的，就如同看著一面鏡子在做手術。 機器人運動控制器會在外科醫生手、腕的運動和外科儀器間，保持著一種相應的眼－手－儀器的順序。這樣就減少了醫生學習使用設備的負擔，減小了醫生的疲勞度，更有利于靈活精確的操作。只要外科醫生順時針扭動調節裝置，機器手就會隨之順時針扭動。同時，運動控制器也會濾除醫生手的顫動。 盡管壓電致動器能夠提供十分微小的位移，但Intuitive 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動力——手術刀尖幾磅的力量，以切開組織。 由于手術中需要的亞毫米分辨率，機器人技術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，以達到醫生的期望。 機器人外科助理裝置的另外一個控制回路為外科醫生提供了基礎的觸覺反饋。低摩擦的直流伺服電機足夠支持Intuitive Surgical機器人反饋系統。這個反饋系統給外科醫生提供了與病人的感覺交互。運動控制器在和醫生的通信交互中構造出了觸覺的界限。除了這種環路感覺外，運動控制系統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。系統只需要為錯誤檢查提供一些冗余的感測，并在發生錯誤時跳入安全模式和通知手術醫生或操作者即可。 以上這些基于運動控制的系統，為系統設計者們提供了成功的先例，促進了他們繼續尋找新的方式，把嵌入式電機控制應用到醫學研究和醫療過程之中。 |
