史剛，朱世磊，張自啟，李釗，劉淼，祁富貴，王鵬飛，殷悅，李雪陽，焦騰

1.第四軍醫(yī)大學(xué) 軍事生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)系，陜西 西安 710032；2.解放軍第五醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程科，寧夏 銀川 750004

引言

股骨干骨折是臨床上骨科常見骨折之一，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，在所有的股骨骨折中股骨干骨折占比達(dá)36.27%[1]。股骨是人體最長的骨骼，承擔(dān)著下肢最主要的負(fù)重，股骨干骨折恢復(fù)不良極易引起患者長期功能障礙甚至是殘疾[2]。股骨干骨折的治療一般分為骨折復(fù)位和固定兩步，其中復(fù)位的準(zhǔn)確與否直接影響股骨干骨折的治療效果。傳統(tǒng)的骨折復(fù)位治療是由醫(yī)生徒手或借助手動(dòng)牽引裝置牽引骨折遠(yuǎn)端，使之與骨折近端發(fā)生相對分離，然后在透視結(jié)果的指導(dǎo)下調(diào)整骨折遠(yuǎn)端姿態(tài)進(jìn)行對位對線復(fù)位。一方面，醫(yī)生在復(fù)位過程中對骨折遠(yuǎn)端的偏移量和旋轉(zhuǎn)角度無法進(jìn)行量化控制，只能手動(dòng)調(diào)整，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，復(fù)位精度低，穩(wěn)定性差，復(fù)位狀態(tài)維持困難。有文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)顯示，采用閉合復(fù)位加髓內(nèi)釘固定手術(shù)治療的病例中在圖像的冠狀面和矢狀面上發(fā)生對位不良的情況約占2%～18%[3]，發(fā)生超過10°的旋轉(zhuǎn)，畸形的發(fā)生率更是高達(dá)40%[4]；另一方面，術(shù)中需多次進(jìn)行透視[5]，醫(yī)生受輻射的時(shí)間普遍在158～316 s[6]，有很高的健康風(fēng)險(xiǎn)，對于長期接觸放射線的創(chuàng)傷科醫(yī)生來說已經(jīng)形成了一種心理障礙[7]。

③發(fā)揮項(xiàng)目的支撐引領(lǐng)作用，以流域綜合治理項(xiàng)目協(xié)調(diào)推進(jìn)和諧的人水關(guān)系；以大中型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項(xiàng)目重點(diǎn)推進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水；以國家級河西走廊高效節(jié)水農(nóng)業(yè)示范區(qū)項(xiàng)目全面推進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水；以以色列貸款高效農(nóng)業(yè)節(jié)水項(xiàng)目示范提高農(nóng)業(yè)節(jié)水的可持續(xù)性；以循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范區(qū)建設(shè)推動(dòng)工業(yè)節(jié)水；以酒鋼集團(tuán)、金川公司等大型工業(yè)企業(yè)的節(jié)水節(jié)能降耗推動(dòng)區(qū)域工業(yè)節(jié)水目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

本研究著眼臨床需求，結(jié)合手術(shù)機(jī)器人操作精確、靈活穩(wěn)定、抗輻射、可實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)化、數(shù)字化和智能化等優(yōu)勢[8]，充分發(fā)揮生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)特長，與西京醫(yī)院創(chuàng)傷骨科合作，研究設(shè)計(jì)出一款六自由度、復(fù)位力量大、操作精度高、抗輻射、數(shù)字化的股骨干骨折復(fù)位機(jī)器人。旨在降低醫(yī)務(wù)人員手術(shù)強(qiáng)度和輻射風(fēng)險(xiǎn)、提高復(fù)位精度和穩(wěn)定性，為股骨干骨折治療提供精確、穩(wěn)定、微創(chuàng)、低輻射的數(shù)字化治療方式。

1 股骨干骨折復(fù)位機(jī)器人總體設(shè)計(jì)

本研究設(shè)計(jì)的股骨干骨折復(fù)位機(jī)器人工作流程為：首先由手術(shù)人員將患者的骨折近端和遠(yuǎn)端通過剛性的外架與復(fù)位機(jī)器人的左右從機(jī)械臂建立剛性連接固定，此時(shí)，左右從機(jī)械臂會(huì)穩(wěn)定的保持骨折遠(yuǎn)端和近端的相對位置；然后，手術(shù)人員控制C型臂進(jìn)行透視，并通過上位機(jī)查看分析透視所得圖像，了解骨折兩端的相對位置關(guān)系后，操作左右兩個(gè)主操作手柄帶動(dòng)從機(jī)械臂進(jìn)行快速粗略復(fù)位動(dòng)作，粗略復(fù)位結(jié)束后再次進(jìn)行透視，根據(jù)透析結(jié)果進(jìn)一步通過上位機(jī)發(fā)送控制指令完成精確復(fù)位。與此同時(shí)，極限位置檢測反饋模塊在整個(gè)過程中實(shí)時(shí)檢測機(jī)械臂的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)機(jī)械臂移動(dòng)到極限位置時(shí)，核心控制芯片會(huì)立刻屏蔽相關(guān)的指令，并通過RS-232串口將此狀態(tài)發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)顯示出對應(yīng)的警告信息，避免給患者和設(shè)備造成額外損傷。在整個(gè)操作過程中，當(dāng)主操作手柄無有效指令輸出時(shí)，從機(jī)械臂會(huì)穩(wěn)定地保持在上一條有效指令執(zhí)行結(jié)束的狀態(tài)，避免了復(fù)位關(guān)系的丟失，可節(jié)約手術(shù)時(shí)間，減少透視次數(shù)。

主操作手柄控制從機(jī)械臂的具體過程為：手柄指令通過RS422串行通信接口傳輸給嵌入式微控制器，微控制器處理指令后將設(shè)置好的脈寬調(diào)制（PWM）信號和方向信號分別通過PWM模塊和IO模塊輸出，為了提高信號的抗干擾能力和可靠性，核心控制芯片發(fā)出的信號經(jīng)由差分放大芯片轉(zhuǎn)化為差分信號后長距離傳輸給從機(jī)械臂的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主操作手柄對從機(jī)械臂的主從式精確控制。

血常規(guī)是臨床上最基本及廉價(jià)易行的檢驗(yàn)項(xiàng)目，主要檢測白細(xì)胞、紅細(xì)胞、血小板及血紅蛋白等血液有形成分的質(zhì)和量及形態(tài)變化。血液參與機(jī)體的代謝及每一項(xiàng)功能活動(dòng)，在保證機(jī)體的新陳代謝、功能調(diào)節(jié)及人體內(nèi)外環(huán)境平衡等方面發(fā)揮重要作用[3]。血液中的任何成分發(fā)生病理變化，都會(huì)影響全身的組織器官。反之，組織或器官的病變也可引起血液成分發(fā)生變化[4]。因此，血液學(xué)分析對了解疾病的嚴(yán)重程度有很大的幫助。本研究對膿毒癥患者的血常規(guī)指標(biāo)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)觀察，Logistic回歸分析顯示血小板數(shù)量減少是膿毒癥患者死亡的獨(dú)立預(yù)測因素。

本研究所設(shè)計(jì)的股骨干骨折復(fù)位機(jī)器人整體框圖，見圖1，圖中虛線框內(nèi)所包含的部分為股骨干骨折復(fù)位機(jī)械人的主從控制系統(tǒng)。本文將從控制電路設(shè)計(jì)、控制程序設(shè)計(jì)和軟硬件聯(lián)調(diào)3個(gè)方面重點(diǎn)介紹主從控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)工作。

圖1 股骨干骨折復(fù)位機(jī)器人整體框圖

2 控制電路設(shè)計(jì)

控制電路是主從控制系統(tǒng)的載體，電路的抗干擾能力、穩(wěn)定性直接影響控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心。

電路設(shè)計(jì)平臺：主從控制系統(tǒng)的電路原理圖設(shè)計(jì)選用Altium Designer開發(fā)軟件，該軟件把原理圖設(shè)計(jì)、電路仿真、PCB繪制編輯、拓?fù)溥壿嬜詣?dòng)布線、信號完整性分析和設(shè)計(jì)輸出等技術(shù)完美地融合，操作方便，易于上手。

此程序主要功能是對通過篩選的指令進(jìn)行解析、控制IO引腳輸出方向信號、并設(shè)置相關(guān)的標(biāo)志參數(shù)供脈寬調(diào)制程序調(diào)用。

肅南裕固族傳統(tǒng)體育富有濃郁的民族風(fēng)情和獨(dú)具地方特色的文化現(xiàn)象，它不僅有著高度的技術(shù)性，而且又與不同藝術(shù)形式相結(jié)合，伴以歌，載以舞，既增強(qiáng)體質(zhì)又益于身心。肅南裕固族傳統(tǒng)體育是裕固族傳統(tǒng)節(jié)日的主要活動(dòng)內(nèi)容，它已經(jīng)成為少數(shù)民族吉祥、興旺、繁榮、幸福的象征。[8]

主從控制系統(tǒng)的電路連接示意圖，見圖2。選用該芯片的P0_0、P0_1、P0_2、P0_3、P2_8、P2_9這6個(gè)引腳對應(yīng)的UART0/2/3三個(gè)串行通信口分別與上位機(jī)、左、右主操作手柄進(jìn)行通信。選用PWM0和PWM1兩組通用脈寬調(diào)制輸出端口和P0_24-P0_31這8個(gè)IO引腳分別輸出8路PWM控制信號和8路方向信號，經(jīng)差分轉(zhuǎn)換后傳輸給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對復(fù)位桿的精確控制。選用P0_8-P0_23這16個(gè)IO引腳控制8路伺服系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方向指示燈，用于指示伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。選用P1_16-P1_31這16個(gè)IO引腳實(shí)時(shí)監(jiān)測極限位置光耦電平狀態(tài)。其中串口0經(jīng)SPX3232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后通過RS-232接口與上位機(jī)通信，主要完成機(jī)械臂狀態(tài)信息的反饋和精確控制指令接收功能。串口2和串口3經(jīng)SP3491進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后通過RS-422接口分別與左、右主操作手柄連接，接收手柄發(fā)出的特定格式的數(shù)據(jù)幀指令。此外通過引腳P5_1和P5_2控制左右兩個(gè)主操作手柄指令的輸入使能狀態(tài)。

圖2 控制電路連接示意圖

3 控制程序設(shè)計(jì)

由于手柄是第三方生產(chǎn)的通用產(chǎn)品，所以在指令解析前需要明確手柄各種操作對應(yīng)的臨床控制意義，清晰全面的約定是指令解析的重要依據(jù)。本設(shè)計(jì)根據(jù)臨床上復(fù)位步驟及動(dòng)作特點(diǎn)，對指令的意義做出如下約定：首先建立參考坐標(biāo)系，見圖4a～b。

3.1 手柄數(shù)據(jù)幀接收程序

此程序主要功能是對手柄發(fā)來的指令數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和篩選。在接收數(shù)據(jù)之前必須了解操作手柄的預(yù)設(shè)置和輸出指令的編碼規(guī)則。本設(shè)計(jì)中使用的GBC-109型雙軸霍爾控制手柄的設(shè)置及指令編碼規(guī)則如下：

手柄上電后每間隔10 ms將手柄的狀態(tài)信息寫入長度為6個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)幀內(nèi)，并通過RS-422串行口發(fā)出，通信波特率為9600 bps，傳輸協(xié)議約定為起始位1位，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位，無奇偶校驗(yàn)。6個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)幀格式約定為前兩個(gè)字節(jié)為幀頭，最后一個(gè)字節(jié)為校驗(yàn)位，中間三個(gè)字節(jié)分別是按鍵開關(guān)狀態(tài)字、X軸和Y軸的位置狀態(tài)字。其中按鍵開關(guān)狀態(tài)字是1字節(jié)無符號整數(shù)，表示手柄開關(guān)狀態(tài)的具體內(nèi)容，編碼規(guī)則為當(dāng)某個(gè)或幾個(gè)按鈕被按下時(shí)，該按鈕對應(yīng)字節(jié)中的位會(huì)被置1，具體詳見表1。X軸位置狀態(tài)字是1字節(jié)無符號整數(shù)，表示手柄在左右方向的偏移位置，偏向最左側(cè)時(shí)為0，居中（自動(dòng)復(fù)位）位置時(shí)為128，偏向最右側(cè)時(shí)為255，用十六進(jìn)制數(shù)表示為0X00～0X80～0XFF。Y軸位置狀態(tài)字也是1字節(jié)無符號整數(shù)，表示手柄在上下方向的偏移位置，編碼格式與X軸相同。

在脈寬調(diào)制輸出程序中對輸出條件應(yīng)嚴(yán)加判斷，必須避免錯(cuò)誤的信號輸出，在程序設(shè)計(jì)中設(shè)置多個(gè)狀態(tài)標(biāo)識位，其中一位表示當(dāng)前按鍵狀態(tài)字是否有效，第二位表示當(dāng)前手柄是否發(fā)生左右偏移，第三位表示當(dāng)前各極限位置監(jiān)測引腳是否有高電平輸入，當(dāng)且僅當(dāng)三個(gè)狀態(tài)標(biāo)識位都為允許輸出狀態(tài)時(shí)方可打開PWM輸出功能。

表1 按鍵開關(guān)狀態(tài)字具體內(nèi)容定義

程序初始化過程中完成對接收串口的波特率和數(shù)據(jù)位格式的設(shè)置，串口準(zhǔn)備就緒后啟動(dòng)串口收發(fā)功能，當(dāng)串口接收到數(shù)據(jù)后首先存放在16個(gè)字節(jié)的串口接收緩沖器中，當(dāng)緩沖器溢出或者接收超時(shí)時(shí)，觸發(fā)串口接收中斷。此時(shí)在中斷響應(yīng)程序中單個(gè)字節(jié)地讀取并處理，串口接收緩沖器是一個(gè)先進(jìn)先出隊(duì)列（First Input First Output，F(xiàn)IFO），每次讀取的字節(jié)為當(dāng)前狀態(tài)最早接收的字節(jié)，這樣保證了發(fā)收循序的一致性。由于數(shù)據(jù)在傳輸過程中受各種因素影響可能發(fā)生錯(cuò)誤，為了篩選丟棄錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，接收程序在讀取到符合數(shù)據(jù)幀格式的6字節(jié)的數(shù)據(jù)后，首選進(jìn)行校驗(yàn)驗(yàn)證。如果校驗(yàn)正確，則將按鍵開關(guān)狀態(tài)字、X和Y軸位置狀態(tài)字存入預(yù)先定義的數(shù)組，傳給指令解析程序做進(jìn)一步處理。如果校驗(yàn)結(jié)果錯(cuò)誤則舍棄該幀數(shù)據(jù)，清空數(shù)組，重新讀取一幀數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。具體流程，見圖3。

3.2 指令解析程序

電源設(shè)置：由于主操作手柄需要9 V供電，故主從控制系統(tǒng)選用9 V直流輸入，一路直接給兩個(gè)主操作手柄供電，另一路經(jīng)SPX1117進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，輸出5 V和3.3 V兩個(gè)電平用于電路中核心控制芯片和其他模塊的電源供應(yīng)。

此程序主要功能是根據(jù)解析程序傳入的通道、速度參數(shù)，在相應(yīng)引腳輸出頻率受控的PWM脈沖。脈沖信號傳輸給機(jī)械臂伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，最終表現(xiàn)為復(fù)位機(jī)械手臂的操作桿做出不同的復(fù)位動(dòng)作。

圖3 手柄指令接收程序流程圖

控制程序是主從控制系統(tǒng)的靈魂，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)控制程序，能保證系統(tǒng)穩(wěn)定性、提高系統(tǒng)運(yùn)行效率、降低系統(tǒng)功耗。下面主要介紹手柄數(shù)據(jù)幀接收程序、指令解析程序、脈寬調(diào)制輸出程序的功能和設(shè)計(jì)流程。

核心器件選擇：本控制系統(tǒng)電路以嵌入式器件NXP系列的LPC1788微控制器為核心，它是基于ARM Cortex-M3的微控制器，用于處理要求高集成度和低功耗的嵌入式應(yīng)用。外設(shè)組件擁有512 kB的Flash存儲(chǔ)器、96 kB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、4個(gè)UART、一個(gè)8通道12位ADC、4個(gè)通用定時(shí)器、兩個(gè)6輸出的通用PWM、一個(gè)窗口式看門狗定時(shí)器等諸多資源，適用于醫(yī)療系統(tǒng)的應(yīng)用場合。

圖4 復(fù)位機(jī)器人左右機(jī)械臂的參考坐標(biāo)系和主操作手柄

本設(shè)計(jì)中復(fù)位機(jī)器人的左臂只設(shè)置了Y軸和Z軸，可控制末端操作桿分別沿Y、Z軸前進(jìn)或者后退，右臂設(shè)置了X、Y、Z三個(gè)軸，可控制末端操作桿分別沿三個(gè)軸前進(jìn)后退或著正反向旋轉(zhuǎn)。其中旋轉(zhuǎn)的正反方向定義參考右手螺旋法則，即用右手握住旋轉(zhuǎn)的中心軸，大拇指指向該軸的正方向，其余四指自然彎曲，此時(shí)其余四指所指方向?yàn)檎较?。由于右臂運(yùn)動(dòng)控制比左臂復(fù)雜，此處以右臂為主進(jìn)行介紹，左臂參考右臂即可?？紤]到雙軸手柄在偏移過程中很難控制僅左右偏移或僅上下偏移，為了保證指令的準(zhǔn)確性，只定義手柄左右偏移有效，忽略其上下偏移。右側(cè)操作手柄的S1、S2、S3三個(gè)按鈕分別對應(yīng)X、Y、Z三個(gè)軸，當(dāng)其中某個(gè)按鈕被單獨(dú)按下時(shí)，該按鈕對應(yīng)的軸被選中，此時(shí)手柄左右偏移即可控制右臂的操作桿在該軸方向上前進(jìn)或后退；當(dāng)S5被按下，同時(shí)S1、S2、S3三個(gè)按鈕中某個(gè)按鈕被按下，此時(shí)手柄左右偏移即可控制右臂的操作桿圍繞選中的軸進(jìn)行正向或反向的旋轉(zhuǎn)。此外，從安全操作的角度出發(fā)，為了有效識別手術(shù)人員誤碰操作手柄等情況，約定在手術(shù)人員在操作前和操作結(jié)束后同時(shí)按下S4和S5按鍵，第一次按鍵為屏蔽手柄輸入，第二次按鍵為解除屏蔽。具體控制關(guān)系，見表2。左臂控制對應(yīng)參考右臂控制關(guān)系中狀態(tài)2和狀態(tài)3即可。

表2 按鍵組合與手柄控制對應(yīng)表

當(dāng)有通過篩選的指令數(shù)據(jù)傳入時(shí)，解析程序根據(jù)約定的規(guī)則解析指令數(shù)據(jù)，首先判斷按鍵狀態(tài)字是否為零，是零或者按鍵狀態(tài)字無效則直接結(jié)束程序，如按鍵狀態(tài)字為0X18，即S4、S5同時(shí)被按下時(shí)，則查詢手柄屏蔽狀態(tài)，如已屏蔽則解除屏蔽標(biāo)志，如未屏蔽則設(shè)置屏蔽標(biāo)志。只有當(dāng)按鍵狀態(tài)字有效且屏蔽標(biāo)志未設(shè)置時(shí)才進(jìn)入按鍵狀態(tài)分類，根據(jù)不同的按鍵設(shè)置不同的輸出通道。其次，判斷手柄左右偏移位置狀態(tài)字，根據(jù)手柄左右偏移情況設(shè)置方向標(biāo)志位，根據(jù)手柄左右偏移角度大小設(shè)置輸出脈沖波形的頻率，設(shè)置完成后調(diào)用PWM程序控制相關(guān)引腳輸出符合指令的電平或者脈沖。如果手柄沒有偏移，則關(guān)閉PWM輸出，具體流程圖，見圖5。

3.3 脈寬調(diào)制輸出程序

美軍網(wǎng)絡(luò)空間司令部在組建之初，并沒有立即組建直屬作戰(zhàn)力量，而是在各軍種成立網(wǎng)絡(luò)空間司令部，將各軍種已有的通信、網(wǎng)絡(luò)、信息作戰(zhàn)力量納入軍種網(wǎng)絡(luò)空間司令部架構(gòu)下；再根據(jù)需要，專門進(jìn)行論證并組建網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)分隊(duì)，由各軍種結(jié)合各自特點(diǎn)和作戰(zhàn)任務(wù)承建，網(wǎng)絡(luò)空間司令部負(fù)責(zé)統(tǒng)一指揮；已經(jīng)建成的133支網(wǎng)絡(luò)空間任務(wù)部隊(duì)分屬各軍種，其中，陸軍41支、海軍40支、空軍39支、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)13支，這些力量構(gòu)成了美軍網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)力量的主體，在網(wǎng)絡(luò)空間司令部的統(tǒng)一籌劃和指揮下遂行作戰(zhàn)任務(wù)。

一是成為評價(jià)和判斷事物水平高低、性質(zhì)優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)踐主體的動(dòng)作、語言等具備技巧、技能等而被視作水平高、優(yōu)秀。如《淮南子》：“故以巧斗力者，始于陽，常卒于陰?！盵14](P1009)因此，“巧”發(fā)展成“靈巧”義。

四、水稻栽插及甲魚投放。水稻種植應(yīng)用機(jī)插秧或人工插秧，秧苗株距和行距比不養(yǎng)甲魚的田塊略大些。插秧時(shí)間為6月中旬，插秧15天后即可投放甲魚，選擇連續(xù)晴天投放甲魚，當(dāng)氣溫上升至28～30℃，可與甲魚苗種場聯(lián)系，進(jìn)行甲魚適溫調(diào)節(jié)，投放甲魚規(guī)格在400～500g為宜，這種規(guī)格的甲魚適應(yīng)性強(qiáng)、成活率高、生長迅速。甲魚運(yùn)輸要選擇空調(diào)箱式貨車，每框裝20～30只，雌雄要分開投放，養(yǎng)殖密度為60～100只/畝，下塘前用聚維酮碘溶液浸泡2～3分鐘消毒，消毒后直接投放入水溝中。

圖5 指令解析程序流程圖

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

硬件平臺搭建準(zhǔn)備完成后，使用Keil-μVision 4軟件進(jìn)行控制程序編寫和調(diào)試，運(yùn)行無誤后，用J-LINK仿真器通過20針JTAG（Joint Test Action Group）接口寫入LPC1788控制芯片，進(jìn)行仿真?？刂瞥绦蚍抡孢\(yùn)行無誤后，連接操作手柄和串行接收口進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)。同時(shí)用泰克科技公司生產(chǎn)的TPS2024型隔離通道數(shù)字存儲(chǔ)示波器監(jiān)測在控制手柄不同輸入狀態(tài)時(shí)PWM對應(yīng)的輸出波形。

實(shí)驗(yàn)過程中首先測試正常輸入狀態(tài)下，輸入輸出關(guān)系，當(dāng)手柄上S1按下且分別向左右偏移時(shí)，通過串口接收到解析程序的反饋，同時(shí)通過數(shù)組示波器監(jiān)測輸出的PWM波形。實(shí)驗(yàn)結(jié)果，見圖6～7。

在正常指令解析處理測試完成正后，模仿手術(shù)過程中各種錯(cuò)誤操作方法觀察控制信號的輸出，驗(yàn)證控制系統(tǒng)的識別錯(cuò)誤能力和穩(wěn)定性。首先模擬操作人員在手柄未屏蔽狀態(tài)下不小心碰觸手柄，分為只有左右偏移無按鍵、有按鍵按下無左右偏移兩種輸出，控制程序準(zhǔn)確識別錯(cuò)誤輸入，輸出信號無變化。其次模擬操作人員在屏蔽狀態(tài)下操作手柄，輸出結(jié)果表明，在屏蔽狀態(tài)下手柄的任何有效無效輸入均不會(huì)產(chǎn)生輸出。最后，操作人員通過按下S4、S5解除屏蔽后，輸入操作指令，輸出結(jié)果與預(yù)期完全一致。

地方性與裁量性的特點(diǎn)在一定程度上消解了社會(huì)救助的權(quán)利意味，使得社會(huì)救助的給予成為行政機(jī)關(guān)可以自由選擇的事項(xiàng)，是否對社會(huì)救助權(quán)進(jìn)行司法保護(hù)便成了社會(huì)救助權(quán)最終能否得以成立的關(guān)鍵因素之一。西方國家的經(jīng)驗(yàn)提示我們，社會(huì)救助權(quán)的司法保護(hù)往往受到經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，隨著經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，社會(huì)救助權(quán)的保障限度也不斷升級，以至于在行政訴訟中出現(xiàn)了先予執(zhí)行、給付訴訟、規(guī)范性文件附帶審查、公益訴訟等配套制度[14]28，相較而言，我國行政訴訟中的社會(huì)救助權(quán)保護(hù)依舊在萌芽階段，一些制度已在規(guī)范層面呈現(xiàn)，但其作用有待進(jìn)一步實(shí)踐證明。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該控制系統(tǒng)中各模塊運(yùn)行穩(wěn)定，控制手柄指令接收程序能準(zhǔn)確檢測接收數(shù)據(jù)的正確性，丟棄錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，避免由于傳輸誤碼導(dǎo)致的錯(cuò)誤動(dòng)作，指令解析程序能準(zhǔn)確解析指令的意義，通過串行口輸出給上位機(jī)，同時(shí)將需要的參數(shù)傳給脈寬調(diào)制輸出程序，脈寬調(diào)制輸出程序可以根據(jù)傳入的參數(shù)，結(jié)合極限位置電平狀態(tài)，準(zhǔn)確地控制PWM輸出的頻率和時(shí)機(jī)。

圖6 指令解析程序結(jié)果輸出

圖7 手柄不同偏轉(zhuǎn)角度的PWM輸出

5 結(jié)語

骨科手術(shù)機(jī)器人是推動(dòng)精準(zhǔn)、微創(chuàng)骨科手術(shù)發(fā)展的核心智能化裝備，是骨科手術(shù)發(fā)展的趨勢，已成為國際研究熱點(diǎn)[9]，美國[10]、韓國[11]、加拿大[12]等國家的研究機(jī)構(gòu)都在開展此方面研究，哈爾濱工業(yè)大學(xué)[13]、北京航空航天大學(xué)[14]、東南大學(xué)[2]、北京積水潭醫(yī)院[15-16]等機(jī)構(gòu)也在不斷進(jìn)行研究探索。目前骨科機(jī)器人仍有很大的發(fā)展空間[17]，本文設(shè)計(jì)的股骨干骨折復(fù)位機(jī)器人控制系統(tǒng)可以根據(jù)復(fù)位手術(shù)的不同需要，提供快速定量粗略復(fù)位、精準(zhǔn)平穩(wěn)的精確復(fù)位、持久穩(wěn)定的復(fù)位保持和避免誤操作的類童鎖功能，可以準(zhǔn)確、安全、可靠的實(shí)現(xiàn)主操作手柄對從機(jī)械臂的主從控制，借助機(jī)械臂的操作可有效減輕手術(shù)人員的手術(shù)強(qiáng)度，通過數(shù)字化指令控制，可實(shí)現(xiàn)復(fù)位動(dòng)作的量化，提高復(fù)位精確度。此外，通過將控制臺與機(jī)械臂分離，可實(shí)現(xiàn)操作人員在屏蔽手術(shù)室外控制機(jī)械臂進(jìn)行復(fù)位，降低手術(shù)人員的健康風(fēng)險(xiǎn)。在已經(jīng)開展的離體牛股骨干骨折復(fù)位實(shí)驗(yàn)中，該系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，驗(yàn)證了此系統(tǒng)的可行性，有望為臨床骨科股骨干骨折治療提供新的方法，具有重要的臨床意義。