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2022
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醫(yī)療機(jī)器人的應(yīng)用及分析
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自2010年開(kāi)始，醫(yī)療機(jī)器機(jī)人在我國(guó)醫(yī)療行業(yè)的廣泛應(yīng)用，多個(gè)細(xì)分領(lǐng)域的醫(yī)療機(jī)器人產(chǎn)品先后應(yīng)運(yùn)而生。但是在醫(yī)療機(jī)器人生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的三大核心零部件，尤其是控制器、伺服系統(tǒng)和減速機(jī)仍需要依賴國(guó)外進(jìn)口，這也成為了制約我國(guó)醫(yī)療機(jī)器人研發(fā)和生產(chǎn)。其中成本的增加和不可控制產(chǎn)業(yè)鏈影響，致使醫(yī)療機(jī)器人價(jià)格不跌反升。嚴(yán)重制約了我國(guó)自主研發(fā)產(chǎn)品的推廣和發(fā)展。
醫(yī)療機(jī)器人是一個(gè)綜合型的新型醫(yī)療機(jī)械，它是集合了臨床醫(yī)學(xué)、生物力學(xué)、機(jī)械學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、微電子學(xué)等多學(xué)科的高度集中的新機(jī)械。在運(yùn)行中過(guò)程中需要多個(gè)技術(shù)同步支持，其中，系統(tǒng)軟件中的構(gòu)圖，、空間配備，定位控制等，是醫(yī)療機(jī)器人構(gòu)成最為核心的部分;而硬件設(shè)施則需要根據(jù)實(shí)際情況相結(jié)合，反復(fù)實(shí)驗(yàn)。這兩項(xiàng)也很大程度體現(xiàn)人與機(jī)械相默契程度。
另一方面從醫(yī)療機(jī)器人本身構(gòu)造來(lái)分析，醫(yī)療機(jī)器人從感知、分析、行動(dòng)三個(gè)部分來(lái)進(jìn)行輔助工作。首先醫(yī)療機(jī)械人是要通過(guò)傳感器來(lái)感知事物的存在，其次通過(guò)接收到事物來(lái)數(shù)據(jù)化分析，最后驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)分析發(fā)出的指令做出相應(yīng)動(dòng)作并反饋給控制系統(tǒng)。
從目前國(guó)際市場(chǎng)行情來(lái)看，三大板塊所需要原材料趨于稀缺緊張狀態(tài)。醫(yī)療機(jī)器人中的核心部件，即伺服控制系統(tǒng)、減速機(jī)和控制器，大部分被國(guó)外壟斷。我國(guó)可自用自產(chǎn)的僅僅只有控制器而已。此外，從醫(yī)療機(jī)器人成本構(gòu)造中，伺服系統(tǒng)、減速器、控制器分別占到37%，18%，15%，核心零件成本占總值的70%。
第一項(xiàng)伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)由伺服電機(jī)、編碼器和伺服驅(qū)動(dòng)組成。主要為機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力并完成機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。目前醫(yī)療機(jī)器人中的伺服系統(tǒng)仍以國(guó)外產(chǎn)品為主。其中歐美的伺服系統(tǒng)特點(diǎn)過(guò)載能力高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，驅(qū)動(dòng)器開(kāi)發(fā)性強(qiáng)。我國(guó)的伺服系統(tǒng)與國(guó)外大牌仍有很大的差距。我國(guó)伺服系統(tǒng)主要特點(diǎn)是功率小、不夠小型化、信號(hào)插件不穩(wěn)定、編碼器穩(wěn)定性不高。尤其在機(jī)器人核心中零部件中嚴(yán)重依賴進(jìn)口，導(dǎo)致我國(guó)醫(yī)療機(jī)械人發(fā)展滯后。
第二項(xiàng)減速器，減速器是精密機(jī)械工業(yè)的巔峰產(chǎn)品之一，由高精度的圓肩、齒輪相互嚙合，對(duì)材料科學(xué)、精密加工設(shè)備加工精度、裝配技術(shù)和高精度檢測(cè)技術(shù)都有極高的要求。機(jī)器人減速器用于提高機(jī)器人的動(dòng)作精確度，由于提供動(dòng)力的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速很高，通常與醫(yī)療機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景不匹配，這就需要減速器來(lái)使輸出轉(zhuǎn)速降下來(lái)，并且在每一個(gè)電機(jī)處都要配套使用一個(gè)減速器。減速器對(duì)于機(jī)器人的性能、精度和壽命都起著決定性的作用。在手術(shù)機(jī)器人領(lǐng)域所使用的產(chǎn)品是以“RV（Rotate Vector旋轉(zhuǎn)矢量）減速器”和“諧波減速器”為代表的精密減速器，具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳遞功率大、噪聲低、傳動(dòng)平穩(wěn)等特征，在制造上具有很高的技術(shù)壁壘。目前我國(guó)已有國(guó)產(chǎn)的RV減速器上市，在性能指標(biāo)上短期可以達(dá)到要求，但是由于質(zhì)量控制和制造工藝等問(wèn)題，國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品很容易磨損報(bào)廢，使用壽命太短，因此鮮少被企業(yè)選用，我國(guó)的醫(yī)療機(jī)器人企業(yè)仍然高度依賴進(jìn)口減速器產(chǎn)品。
第三項(xiàng)控制器，控制器是醫(yī)療機(jī)器人最為核心的零部件，相當(dāng)于機(jī)器人的“大腦”，負(fù)責(zé)接收各組元信號(hào)，并向機(jī)器人發(fā)布和傳遞動(dòng)作指令，對(duì)機(jī)器人性能具有決定性影響，通常來(lái)說(shuō)機(jī)器人的活動(dòng)的自由度越高，對(duì)控制器的性能要求就越高?？刂破饔捎布蛙浖刹糠纸M成，其中硬件就是運(yùn)動(dòng)控制卡，包括一些主控單元、信號(hào)處理等部分；軟件主要包括控制算法、二次開(kāi)發(fā)等。醫(yī)療機(jī)器人企業(yè)通常會(huì)對(duì)控制器進(jìn)行自主研發(fā)，以保證機(jī)器人的穩(wěn)定性和技術(shù)體系，因此相比與減速器和伺服電機(jī)，國(guó)產(chǎn)機(jī)器人控制器產(chǎn)品與國(guó)外差距較小，但在穩(wěn)定性、響應(yīng)速度和二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)的易用性開(kāi)發(fā)方面有待進(jìn)一步升級(jí)。
除了核心的零部件生產(chǎn)及應(yīng)用滯后外，醫(yī)療機(jī)器人本身系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)也是較落后于國(guó)外。相比于核心零部件的設(shè)計(jì)制造，該環(huán)節(jié)技術(shù)難度較低，企業(yè)的議價(jià)能力較強(qiáng)。軟件開(kāi)發(fā)環(huán)節(jié)是醫(yī)療機(jī)器人企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的體現(xiàn)，最體現(xiàn)開(kāi)發(fā)者的設(shè)計(jì)能力，考驗(yàn)開(kāi)發(fā)者對(duì)各學(xué)科的綜 但受技術(shù)缺陷、管理應(yīng)用和使用成本三大因素制約，國(guó)產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化水平仍然較低。
然后受產(chǎn)品端來(lái)看，手術(shù)機(jī)器人本身研發(fā)周期很長(zhǎng)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度不及其他領(lǐng)域，同時(shí)受到上游核心零部件供應(yīng)和技術(shù)水平的制約，導(dǎo)致我國(guó)產(chǎn)品無(wú)法進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)及實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品降價(jià)，進(jìn)而導(dǎo)致下游應(yīng)用端的普及率低，當(dāng)前手術(shù)機(jī)器人主要應(yīng)用于全國(guó)大型三甲醫(yī)院中。從應(yīng)用端看，國(guó)外進(jìn)口手術(shù)機(jī)器人價(jià)格較高，且耗材和維護(hù)費(fèi)昂貴，同樣只有少部分大型三甲醫(yī)院有購(gòu)買(mǎi)能力，進(jìn)口產(chǎn)品的普及率依舊很低。同時(shí)，相較于傳統(tǒng)外科手術(shù)，醫(yī)療機(jī)器人輔助下的外科手術(shù)費(fèi)用要高出2-3萬(wàn)元，加之醫(yī)保體系有待進(jìn)一步完善，患者的支付水平也制約了手術(shù)機(jī)器人的應(yīng)用?？傮w來(lái)看我國(guó)手術(shù)機(jī)器人從大型三甲公立醫(yī)院向基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)下沉之路任重道遠(yuǎn)。
綜合以上來(lái)看，我國(guó)醫(yī)療機(jī)器人相關(guān)項(xiàng)目需要加大力度去研發(fā)核心產(chǎn)品，在技術(shù)人才的培養(yǎng)上面要注重實(shí)踐和理論的結(jié)合。“落后會(huì)使人挨打，發(fā)展才能自強(qiáng)”，只有自已掌握了核心，才不會(huì)受制于人。
關(guān)鍵詞：
控制器,伺服系統(tǒng),減速機(jī),醫(yī)療機(jī)器人
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