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2021上海医疗器械展览会:微型驱动系统构建医疗机器人创新生态


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来源:时刻头条

随着大数据IoT、AI、云计算的发展,“人工智能+医疗”进入了快车道,也促进了智能医疗机器人市场不断扩大,智能医疗机器人行业持续涌入创新型企业完善产业生态,行业赛道将进一步优化细分。医疗机器人涉及的门类较多,一般认为医用机器人是一种可用于外科手术、医学培训、康复治疗和残障人士辅具等医疗领域的智能服务机器人。每一种医疗机器人产品,都有独特的技术和市场以及产品定位。我国医疗机器人的创新应用尚处于导入阶段,无论是机器人本身的技术还是医护人员对医疗机器人的操控能力,以及产业发展环境,都在培育的过程中。

就拿常用的手术机器人的机械臂来说,一般手术机器人的机械臂包括2~3只工作臂及1只持镜臂。持镜臂用于术中握持腹腔镜物镜,与传统腹腔镜助手握持相比,可提供更加稳定的图像,避免传统腹腔镜术中助手疲劳致手部抖动出现视野不稳定的问题。工作臂用于完成术中各种操作,有7个自由度,包括臂关节上下、前后、左右运动与机械手的左右、旋转、开合、末端关节弯曲共7种动作,可作沿垂直轴360°和水平轴270°旋转,且每个关节活动度均>;90°。这就要求机械臂必须稳定不晃动。深圳市兆威机电股份有限公司(以下简称“兆威”)联合机器人制造厂商在微型驱动系统方面和关节部件构赋能医疗机器人实现智能化科技化。在机械手上的稳定器(舵机)加入微型驱动系统,用小体积大力矩的微型齿轮箱去传动动力,具有人手无法相比稳定性及精确度,可以防止人手可能出现的抖动现象让机器狭窄解剖区域中比人手更灵活,可辅助完成精细复杂等各类高难度手术。

在关键部件和核心技术上,机器人的重要零部件包括电机、伺服系统、减速器等,其中后两者的成本几乎占到整机成本的一半,但这两部分主要部件却多被国外企业垄断。国内现有机器人手臂电机普遍存在规格多、批量小、零件的通用性差、成本高,质量与可靠性都不稳定的问题。一台机器人手臂能完成任务的范围受其自身的机械结构的限制。伺服单元是医疗机器人的重要元器件之一,伺服单元主要是由外壳、电控板 、马达 、减速器与位置检测元件所构成,减速器是其中关键一环。所有的传动形式的齿轮的模数都介于0.15~0.5mm之间,属于小模数齿轮。平行轴直齿轮是最常见和应用最广的传动形式,应用在机器人领域不同的是对减速器的寿命要求高,对噪音更敏感,由于齿宽限制,使用斜齿轮对噪音改善帮助不大,重心放在齿轮参数优化,同时要在减速器内部增加离合机构,当机器跌倒减速器受到外接冲击时,齿轮能得到保护。而行星齿轮可以实现小空间大传动比,伺服单元要求小回差,输出级接近零侧隙啮合,行星轮既和太阳轮啮合又和内齿轮啮合,装配困难。可以说,使用减速电机和微型驱动系统,对机器人手臂进行结构优化正是解决该问题的关键技术之一。兆威通过发展耐磨材料技术、加工工艺优化技术、润滑技术、装配技术、可靠性及寿命检测技术以及传动机理的探索,发展适合机器人手臂应用的效率、低重量减速器(齿轮箱),使其具备寿命长,工作稳定,高精密度等特点,避免了机器人手臂控制电缆的磨损和缠绕问题,更好满足六自由度机器人的传动需,大大提了智能机器人感知与识别、机构与传动、控制与交互等方面的性能。

目前,医疗机器人结合大数据和AI技术正在慢慢渗透我们的生活,并逐渐成为新的创业和投资热点。但尚未实现大规模普及。从技术层面来说,医疗机器人的应用契合度与市场成熟度上都有很大的进步空间。在,人工智能、5G等前沿技术和兆威微型驱动系统的应用与融合中将推动医疗机器人实现新的产品功能升级,有望助推国内医疗机器人市场加速增长。

据国家统计局数据显示,预计到2050年我国老年人口规模将会达到5亿。因此,康复机器人、手术机器人、陪护机器人、外骨骼机器人等都将得到更普遍地应用。有统计机构的数据预测,2021年全球医疗机器人规模将突破200亿美元;到2025年,我国医疗机器人市场规模将达到100亿元以上。国际医学专家预测,未来还有望出现纳米机器人,实现“显微”治疗或直接定向给患者的患病细胞递送药物。届时,医务机器人就能成为我们家庭保健医生,实时通过传感器监控人体健康变化、在医患之间搭建起沟通桥梁,人们足不出户就能得到优质的医疗服务保障。人工智能时代下,可以预测,医务机器人将来可以在线问诊、远程医疗,医药O2O互联网医疗企业将突飞猛进,同时智能医疗产品将利用5G技术、AI技术、物联网实现智能医疗一体化。国内医疗机器人要赶超,必须要另辟蹊径,换道超车,去构建医疗机器人创新生态的挑战。


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