·工业机器人预先识别问题

时间:2015-01-21 17:33 | 来源: | 点击: 次 [去老版] [去论坛] [去网店]

核心提示:今天,在消化道的癌症早期识别诊断中常用的是相对不够柔韧的内窥镜,这一技术将被实时无线传输图像的胶囊式摄像机所代替。一台灵活的工业机器人在癌症早期检测诊断中提供了各

  

 

 

  图1 塑料袋中的摄像胶囊。塑料袋模拟摄像胶囊周围的人体组织,利用导线供应电力,从而保障了可以进行长时间的大量测试

  今天,在消化道的癌症早期识别诊断中常用的是相对不够柔韧的内窥镜,这一技术将被实时无线传输图像的胶囊式摄像机所代替。一台灵活的工业机器人在癌症早期检测诊断中提供了各种运动自由度。

  从口腔或者肛门进入体内的内窥镜检查方式是一种使患者不舒服的检查方式。出于对这种检查方式的恐惧,很多人都不选择或者是冒险选择这种无偿的检查方法,人们希望有更好的、无风险的肿瘤检查方法。因此,欧盟研发项目Vector就在研发肿瘤检测中常用的最新的科学技术——一种可控制的、实时传输图像的胶囊式摄像机应代替了刚硬的内窥镜。为了使医生能够准确地把这种胶囊引导到患者体内特定的部位,研发人员利用了强磁力的永久磁铁。这样,就可以对空腔脏器进行扫描了(图1)。

  18个国家的科研人员汇聚Vector项目

  相对较小的、舒服的、一口吞服的摄像胶囊已经研发成功了。但其存在的问题是:摄像胶囊的被动运动方式和摄像的间隔时间。由于胶囊在患者体内运动的途径和拍摄的时间周期的关系,不可能拍摄到所有医生需要检查的部位。在欧盟Vector项目的框架内,来自18个国家的科学工作者汇聚在一起研发成功了一个解决方案。在项目协调员novineon公司的努力下,项目课题组研发成功了一个全新的解决方案:从患者体外对其体内实时拍摄照片的胶囊式摄像机进行控制。为了准确地控制摄像胶囊的运动,研发人员采用了成熟的机器人技术。Mitsubishi公司的Electric工业机器人就是摄像胶囊导航方案的一种选择。

  迄今为止的摄像胶囊只能摄取小肠的照片;而这种新研发的胶囊式摄像机则可以摄取较大的空腔脏器的图片,例如胃和大肠。下一步研发的目标是:除了能够进行扫描(即寻找病灶)之外也能够承担诊断(对病灶进行评判,例如:采集组织样本)和治疗(处理发现的病灶)的任务。这就需要能够实现摄像胶囊准确的定位,实现摄像角度的调整和控制。作为摄像胶囊的驱动系统,课题组首先采用的是自带动力的“甲壳虫驱动模式”。但这种方式在能量分配方面没有取得成功,最终失败了,其主要原因是:这种小小的“甲壳虫”没有足够的能量长途跋涉,完成摄像机拍摄和数据的无线传输。因此,就产生了利用磁力外壳和强磁力永久磁铁的外部驱动方案。在寻找最佳控制方案时,研发人员和Mitsubishi公司进行了大量的试验。日本的机器人专家的产品中有小型的拐臂工业机器人,不仅其动态性能和承载能力能够满足所需,而且其完成所有任务的精度也都满足了课题组的要求,并且在完成辅助工作时有着足够的控制能力(图2)。

  

 

 

  图2 机器人已经确立了自己的地位:在医疗操作中有着很好的运动性能

  由于整个项目还处于开始阶段,因此要尽可能多地搜集各种数据。这一小型的机器人理想的满足了这一要求。novineon公司的领导人Sebastian Schostek先生说:“机器人手臂和控制能力都是实时的,即使是一窍不通的外行人也能够在一两天的时间内掌握伺服技术程序的编制。由于像机器人那样的伺服平台有着多个自由度,因此对我们真实的医学试验有着非常大的帮助作用,所有的试验都能在性能可靠的系统下进行测试。另外,它的性价比也无可挑剔,这对于研发企业或者有限的研发资金而言是非常重要的。”

  为了能够检测出所有可能出现的问题,第一台拐臂机器人有6个自由度,最大承载重量为12kg。这样,就可以对所有的磁场产生状况和磁记录进行理想的测试了。事先预计的10kg重磁头应保证在各种情况下都可靠运行;第二台在意大利进行测试的机器人获得了其测试期间的大量数据和信息。由于引导磁头的重量降低到了4kg,因此最小型的机器人就有足够的承载力了。

  在图宾根市的实验室中使用的机器人的承载能力约100kg。其自主研发的供电底座在实践中有着足够的稳固性。所有的元器件在检测时或者在外出展示时都可以快捷方便地拆解开来,放置到托板上运输。

  这种RV系列机器人的基本特性是:内置电缆和管道,由于使用了无电刷的交流伺服电动机、Harmonic驱动变送器及紧凑的控制系统,因此属于最低维护保养的机器人设备;利用绝对地址编码器进行的位置测定保证了机器人手臂运动位置的准确性,也包括了在断电后重新送电时的位置准确性。机器人的一切特性都推动了研发项目的顺利进展。为保障不同的运动过程,机器人可以存储256个独立的运动程序,可以随时调用。


(责任编辑:JQDZW)>

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