骨科手术机器人技术的现状与未来.ppt
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1、骨科手术机器人技术的现状与未来,新疆医科大学第五附属医院 数字骨科实验室 刘大鹏,机器人手术是天方夜谭吗?,精确性,灵巧性,安全性,智能,ASIMO发展史,ASIMO(Advanced Step Innovative Mobility,高级步行创新移动机器人),从2000年10月31日诞生,ASIMO的进步可以用神速来形容,2012最新版的ASIMO,除具备了行走功能与各种人类肢体动作之外,更具备了人工智能,可以预先设定动作,还能依据人类的声音、手势等指令,来从事相应动作,此外,他还具备了基本的记忆与辨识能力。但他的始祖E0在1986年已经诞生。,ASIMO的结构,视觉 高速摄像机 双目视觉原
2、理 驱动器 伺服电机 + 谐波减速器 + 驱动单元 控制装置 电脑 先进的运动控制软件和算法 传感器 脚部 六轴向脚部方位传感器 躯体 陀螺仪和加速传感器 电源部分 38.4V/10AH(镍锌),机器人的发展历史,1920年,捷克作家卡雷尔卡佩克发表了科幻剧本罗萨姆的万能机器人。卡佩克在剧本中把捷克语“Robota”写成了“Robot”,引起了大家的广泛关注,被当成了机器人一词的起源。 1947年美国阿尔贡实验室建成遥控主从机械手。 1949年美国MIT实验室研制出数控铣床。 1950年,美国作家埃萨克阿西莫夫在他的科幻小说I,Robot中首次使用了“Robotics” ,即“机器人学”。阿西
3、莫夫提出了“机器人三原则”,阿西莫夫因此被称为“机器人学之父”。,10,11,1954年,美国人George C. Devol 提出了第一个工业机器人方案并在1956年获得美国专利。 1960年,Conder公司购买专利并制造了样机。 1961年,Unimation公司(通用机械公司)成立,生产和销售了第一台工业机器人“Unimate”,即万能自动之意。,1962年,A.M.F.(机械与铸造)公司,研制出一台数控自动通用机器人,取名“Versatran”,即多用途搬运之意,并以“Industrial Robot”为商品广告投入市场。,12,1967年, Unimation公司第一台喷涂用机器人
4、出口到日本川崎重工业公司。,1968年,第一台智能机器人Shakey在斯坦福研究所诞生。 1972年,IBM公司开发出直角坐标机器人。 1973年,Cincinnati Milacron公司推出T3型机器人。 1978年,第一台PUMA机器人在Unimation公司诞生。,1982年,Westinghouse公司兼并Unimation公司,随后又卖给了瑞士的Staubli公司。 1990年,Cincinnati Milacron公司被瑞士ABB公司兼并。,日本、西欧各国、前苏联也相断引进或自行研制工业机器人。6070年代是机器技术获得巨大发展的阶段。,80年代,机器人在发达国家的工业中大量普及
5、应用,如焊接、喷漆、搬运、装配。并向各个领域拓展,如航天、水下、排险、核工业等,机器人的感知技术得到相应的发展,产生第二代机器人。 90年代,机器人技术在发达国家应用更为广泛,如军用、医疗、服务、娱乐等领域,并开始向智能型(第三代)机器人发展。,随着机器人技术的发展形成了新学科 机器人学。建立 了相应学术组织,定期举办学术活动。 国际会议:ISIP、IEEEIROS、ICR&A 等。 国际杂志: Robtics Research 、 Robotica 、 Robotics and Automation 等。,我国机器人技术起步较晚,70年代末,一些院校和企业,开始研制专用机械手,80年代初,开
6、发小型的教育机器人。1985年哈工大研制出国内第一台弧焊机器人(华宇号)。,国家“863”计划把机器人技术作为重点发展技术来支持。建立了“机器人示范工程中心”和机器人国家开放实验室(沈阳自动化所、哈工大、合肥机械所、上海交大、南开大学)。,我国也建立了机器人学的学术组织,定期举办学术活动。 学术会议:每两年左右去办一次大型全国性会议。 学术刊物: 机器人 、机器人技术与应用 等。,机器人将会像个人电脑一样走进千家万户-家家都有机器人!-比尔盖茨,新疆大学电气工程学院 12/10/2013,国外突破性发展,1985 年,出现了基于工业机器人平台的外科机器人。美国的Kwoh YS等采用Puma56
7、0工业机器人完成了脑组织活检中探针的导向定位。,1987年,美国ISS公司推出了NeumMate机器人系统,采用机械臂和立体定位架来完成神经外科立体定向手术中的导向定位,1989年,英国的皇家学院机器人技术中心利用改进的6自由度Puma机器人,开展了前列腺切除术,大大缩短了手术操作时间。,新疆大学电气工程学院 12/10/2013,1994年,美国Computer Motion公司推出了第一种能够用于微创手术的医用机器人产品Aesop(伊索)机器人。Aesop具有7个自由度,能够模仿人类手臂的姿态和功能,有效辅助医生抓持和操作内窥镜设备,在心脏、胸外、脊柱等多种外科领域有广泛应用。,1995年
8、,Zeus(宙斯)系统实现了医生远距离控制从端机器人进行精细的手术操作和稳定的器械抓持等动作。Zeus系统采用纯信号方式实现医生操纵台对机器臂的控制,在传输距离上不受视频延迟的影响。,1997年,国内研制了基于Puma262的脑外科机器人辅助定位系统。,1997年,美国Intuitive Surgical公司推出了Da Vinci(达芬奇)系统。,2001 年,以色列Mazor 公司推出了小型并联的脊柱外科机器人SpineAssist,高度不足70mm,质量不过200 g,可直接安装在骨骼上,显著提高了定位精度和稳定性。,骨科手术机器人技术现状,目前存在的问题,1. 无法完成多种手术,使用范围
9、小。 2. 多由电机专家研究,没有充分利用骨科医生的优秀临床经验。 3. 没有集成导航系统。 4. 操作繁琐,骨科医生需要面对多种设备的多种操作接口。 5. 没有采用开源的基础算法和通讯协议,标准化和推广难度大。 6. 价格昂贵,维护成本高,医院和患者无法承受。,Robodoc手术系统,德国CASPAR手术系统,香港中文大学研发的6轴机器人,Medical Robotics ECE S 690 / 490,Mitul Shah 11715595,The Workstation,Miniature Robot Device,The T- Frame,Medical Robotics ECE S
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