在手術機器人里,工控機扮演的角色可以概括為“三高三同步”——高實時、高穩(wěn)定、高安全,并同步完成“感知-決策-執(zhí)行”閉環(huán),從而確保每一次動作都精確到毫米甚至微米級。
高實時:微秒級控制閉環(huán)
工控機運行實時操作系統(tǒng)(RTOS或實時Linux),確保關節(jié)伺服周期≤1。
通過EtherCAT、CAN-FD等總線,將視覺、力覺、編碼器數(shù)據(jù)實時匯總,完成路徑插補、誤差補償,避免機械臂抖動或延遲。
高穩(wěn)定:7×24小時“零崩潰”
工業(yè)級主板鎖定BOM(固定物料清單),防止因硬件升級帶來的認證失效。
無風扇寬溫設計(-10 ℃~50 ℃),抗振抗沖擊,滿足手術室內高消毒環(huán)境、長期開機需求。
看門狗、冗余電源和UPS,確保突發(fā)斷電時機械臂可安全懸;蚧亓恪
高安全:雙通道認證與急停
整機通過醫(yī)療級EMC、IEC 60601-1-2、UL/CE/FCC Class B 等多重認證,杜絕電磁干擾。
獨立急停鏈路與硬件級互鎖:當系統(tǒng)檢測到通信超時、力矩突變或腳踏釋放,工控機在<10 ms內切斷伺服使能。
“三同步”閉環(huán)流程
感知:工控機通過4×千兆網口或PCIE×16接口外接雙GPU卡,實時融合術前CT/MRI三維模型與術中光學/電磁追蹤數(shù)據(jù)。
決策:在1 ms周期內完成坐標映射、AI避障及軌跡重規(guī)劃,誤差<0.1。
執(zhí)行:將解析后的關節(jié)角、速度、力矩下發(fā)到各軸伺服驅動器,并通過力反饋實現(xiàn)“透明操作”,醫(yī)生手部的微小動作被等比例縮小傳遞到機械臂。
遠程與可復制性
5G+工控機架構實現(xiàn)異地低延遲遙控,端到端延遲<20 ms,專家可在千里之外完成同步操作。
軟硬件接口標準化(23路以上I/O、6×USB、16-bit GPIO),便于后續(xù)功能升級或醫(yī)院多科室共享。
工控機把“工業(yè)級的強壯”與“醫(yī)療級的嚴謹”合二為一,通過毫秒級實時控制、硬件級安全鏈和AI級精準算法,讓手術機器人“手比人穩(wěn)、眼比人準、腦比人快”。
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