★劉富凱（長春汽車工業(yè)高等專科學(xué)校）

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醫(yī)用服務(wù)機(jī)器人探討

★劉富凱
（長春汽車工業(yè)高等?？茖W(xué)校）

【摘要】作為一種新興的研究領(lǐng)域，醫(yī)用機(jī)器人的研究與應(yīng)用越來越受到人們的關(guān)注。而作為醫(yī)用機(jī)器人的重要組成部分，醫(yī)用服務(wù)機(jī)器人在醫(yī)療服務(wù)方面將發(fā)揮出重要的作用和功能。本文詳細(xì)分析了醫(yī)用服務(wù)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)，并進(jìn)一步提出醫(yī)用服務(wù)機(jī)器人的研究趨勢。

【關(guān)鍵詞】醫(yī)用機(jī)器人；服務(wù)；關(guān)鍵技術(shù)；研究趨勢

一、醫(yī)用服務(wù)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)

（一）路徑規(guī)劃技術(shù)

實(shí)質(zhì)上，路徑規(guī)劃是指機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中所采取的一種導(dǎo)航和避障措施，也就是依照機(jī)器人感知到的環(huán)境情況，對(duì)起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的路徑進(jìn)行優(yōu)化，以避免與環(huán)境障礙發(fā)生碰撞。目前，根據(jù)機(jī)器人環(huán)境信息的獲取方式，路徑規(guī)劃可以分為三種類型：一種是采用柵格法或者可視圖法等規(guī)劃方法，對(duì)結(jié)構(gòu)化環(huán)境進(jìn)行處理的、基于模型的路徑規(guī)劃；第二種是利用人工勢場法等，通過對(duì)環(huán)境條件的克服，實(shí)現(xiàn)對(duì)非結(jié)構(gòu)化環(huán)境的處理的、建立在傳感器信息基礎(chǔ)上的路徑規(guī)劃；第三種則是通過對(duì)導(dǎo)航問題的分解，形成獨(dú)立單元的、建立在行為基礎(chǔ)上的路徑規(guī)劃。而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，非結(jié)構(gòu)化情境下，基于多傳感器信息的路徑規(guī)劃技術(shù)，在避障方面獲得廣泛應(yīng)用。

（二）傳感器信息融合技術(shù)

所謂的傳感器信息融合，是指綜合多種處于不同位置和狀態(tài)的傳感器信息，以彌補(bǔ)局部信息的不完整，消除冗余和矛盾信息，以此降低信息獲取的不確定性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的科學(xué)決策和規(guī)劃，提高反應(yīng)能力和速度，減輕因決策失誤造成的不良影響。

（三）語音識(shí)別技術(shù)

醫(yī)用服務(wù)機(jī)器人在進(jìn)行工作時(shí)，聽懂醫(yī)務(wù)人員或者病人的口頭吩咐，并根據(jù)指令采取行動(dòng)是必備的技術(shù)。為此，機(jī)器人需要一個(gè)“器官”，以接收聲音信號(hào)；此外，需要裝入語音識(shí)別系統(tǒng)對(duì)所接收的聲音信號(hào)進(jìn)行識(shí)別。實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器人的互動(dòng)，不僅需要通過軟件設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行操縱，還需要實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的示范教學(xué)，甚至通過信息交互，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在工作過程中交流。

（四）人機(jī)交互技術(shù)

在智能控制移動(dòng)機(jī)器人的過程中，在處理環(huán)境信息、預(yù)測碰撞和計(jì)算最優(yōu)規(guī)劃時(shí)，會(huì)出現(xiàn)各種類型的問題，而僅是憑借機(jī)器人智能，無法切實(shí)解決問題，為此，需要建立良好的人機(jī)交互系統(tǒng)。眾所周知，現(xiàn)在的技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)人類的完全替代，尤其是在分析和決策方面，因此需要人類實(shí)施幫助。當(dāng)人主動(dòng)對(duì)機(jī)器人行為進(jìn)行控制時(shí)，機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)行更加高效，容錯(cuò)性更強(qiáng)，因此，人機(jī)交互式機(jī)器人會(huì)是機(jī)器人領(lǐng)域的必然選擇。

（五）視覺導(dǎo)航技術(shù)

視覺導(dǎo)航技術(shù)可以幫助機(jī)器人進(jìn)行環(huán)境的探測和辨識(shí)，且空間分辨率、灰度分辨率以及探測精度高、探測范圍廣、信息獲取較為全面；實(shí)際卻存在探測目標(biāo)難以分離的缺點(diǎn)。為了分開障礙與背景，需要極大的圖像計(jì)算量，使得系統(tǒng)具有較差的實(shí)時(shí)性能，需要特殊的處理技術(shù)進(jìn)行處理。在視覺導(dǎo)航過程中，檢測和識(shí)別障礙物是最為困難卻也是最為重要的技術(shù)過程，需要正確識(shí)別和規(guī)劃路徑。

（六）機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作為機(jī)器人系統(tǒng)的重要組成部分，機(jī)械系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的重要前提，當(dāng)然機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)比起普通的機(jī)械系統(tǒng)，具備更高的定位精度和更強(qiáng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。主要地，為保證機(jī)器人的高精度和穩(wěn)定性，可以對(duì)以下方面加以注意：一是傳動(dòng)部件需選用具備較低摩擦阻力的材料；二是通過傳動(dòng)鏈的縮短，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)和支撐強(qiáng)度的提高；三是通過最佳傳動(dòng)比的選用，提高機(jī)械系統(tǒng)的分辨率，最大程度地加快等效執(zhí)行元件的轉(zhuǎn)動(dòng)速度；四是通過消除傳動(dòng)間隙等方法，盡可能地縮小方向死區(qū)方面的誤差；五是通過材料的選用，提高機(jī)械系統(tǒng)的強(qiáng)度和剛度，實(shí)現(xiàn)支撐構(gòu)體的改進(jìn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)振動(dòng)頻率的減少和噪聲的降低。

二、醫(yī)用服務(wù)機(jī)器人的研究趨勢

（一）更高精度的定位

采用機(jī)械手進(jìn)行定位時(shí)，設(shè)計(jì)和控制顯得較為笨拙，且在固定裝置方面容易出現(xiàn)問題；超聲波定位方式則抗干擾性差，很容易受到溫度和空氣等因素的影響；而激光定位方式具備較高的精度和靈活方便的處理方式，價(jià)格方面比較高，很容易受到光和金屬面的影響。這些定位方式都存在一定的缺陷，需要不斷增強(qiáng)技術(shù)能力，探索精度更高的定位方式，且保證較強(qiáng)的抗干擾性和價(jià)格的合理性。

（二）安全問題的保障

醫(yī)用服務(wù)機(jī)器人的安全不僅包括硬件安全，還包括軟件安全。具體地，可以考慮做到以下幾個(gè)方面：機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中能量輸出的不斷減少；異常能量轉(zhuǎn)換效率的不斷降低；防護(hù)措施的不斷優(yōu)化；機(jī)器人控制技術(shù)的不斷完善。

（三）成本的降低

價(jià)格昂貴是醫(yī)用服務(wù)機(jī)器人廣泛應(yīng)用的主要障礙，想要實(shí)現(xiàn)醫(yī)用服務(wù)機(jī)器人潛力的充分挖掘，需要國家、相關(guān)技術(shù)部門以及生產(chǎn)廠家共同增強(qiáng)技術(shù)水平，提高生產(chǎn)效率，以此實(shí)現(xiàn)醫(yī)用服務(wù)機(jī)器人成本的不斷降低。

三、總結(jié)

總而言之，醫(yī)用服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用可以有效推動(dòng)醫(yī)療技術(shù)的現(xiàn)代化，是實(shí)現(xiàn)醫(yī)療衛(wèi)生設(shè)備現(xiàn)代化的主要標(biāo)志。而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步、醫(yī)療水平的不斷提高和老齡化問題的日益突出，醫(yī)用服務(wù)機(jī)器人的需求量不斷增加。而為了實(shí)現(xiàn)醫(yī)用服務(wù)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用，需要不斷增強(qiáng)技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的高精度、高安全性以及低成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]張紅霞.醫(yī)用機(jī)器人的研究與發(fā)展[J].電子世界,2013,(4):72-73.

[2]張曉玉,王凱旋.機(jī)器人輔助技術(shù)、康復(fù)機(jī)器人與智能輔具[J].中國康復(fù),2013,28(4):33-34.

[3]唐雷,李長樹,陳瑞新等.走進(jìn)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的機(jī)器人[J].科學(xué)（上海）,2014,66(4):27-30.

作者簡介：劉富凱男1984·12漢籍貫黑龍江省學(xué)歷大學(xué)本科單位長春汽車工業(yè)高等?？茖W(xué)校職稱助教研究方向工業(yè)機(jī)器人。