关节力控协作机器人拓展医疗机器人健康护理应用

　　近年来，我国人口老龄化提前进入快速发展期。据国家统计局数据显示，预计到2050 年，我国老年人口规模将会达到5 亿。面对如此庞大的老龄人口数量，养老难和医疗资源紧张成为我国亟待处理的社会问题。这此背景下，医疗机器人已成为智慧养老模式下的首选养老设备，尤其在人工智能时代，康复机器人、手术机器人、外骨骼机器人等将得到更广泛的应用。

　　成立于2016 年的Franka Emika，总部位于德国慕尼黑，其创始人Sami Haddadin 博士是慕尼黑大学机器人与机器智能学院的院长，具有丰富的机器人研发经验。目前Franka Emika 的产品主要为协作机器人领域中的关节力控型机器人，并且能够通过配套的APP 实现柔性装配任务。凭借产品的优异性能，Franka Emika 机器人成功获得了德国未来奖和创新奖，并成功登上了2018《时代》 50 个最佳发明名单。

　　新冠疫情的到来带动了包括协作机器人在内的整个自动化市场的需求。Franka Emika原本并不属于医疗领域，面对疫情，他们选择调整了部分发展方针和战略，成功将旗下力控机器人产品应用至多个医疗细分领域。

　　与传统的六轴工业机器人不同，具有非常出色的力控能力的Franka Emika 机器人是一个7 轴机器人，采用冗余关节设计。它在所有七个关节上都配备了13 位分辨率的扭矩传感器，可以像人类一样可以感知到外部的力量，也可以主动对外施加力量。

　　相较于常见的五轴或六轴机器人，拥有七自由度的 Franka 机器人更灵活，可以有效避免奇异点。在医用的环境下，机器人不仅可以达到末端的空间位置，而且还可以让后端的冗余关节进行避让。在实际应用中，医生无需给机器人腾出空间，而是尽量让机器人配合手术操控。

　　据了解，Franka Emika 机器人能够实现力分辨率 <0.05N、力矩分辨率<0.02Nm、示教牵引力约2N、碰撞反应时间<2ms，其优质的力控性能也为Franka Emika 机器人在医疗领域内的安全应用提供了保障。

　　结合市场需求，Franka Emika 通过与医疗企业的合作，已经推出了包括助手型机器人——牙医助手、辅助诊断型机器人——智能扫查、护理康复类机器人、拭子采集机器人、中医类机器人——刮痧机器人在内的一系列协作机器人。如今，医疗机器人利用力控机器人实现健康护理已越来越普遍。

　　本文集合整理了国内外利用Franka Emika 力控机器人完成医疗机器人健康护理的若干应用场景。

　　场景一：远程医疗诊断ProteCT 项目

　　远程医疗诊断ProteCT 项目旨在让机器人远程协助医生进行诊断，即使在隔离的情况下，患者不接触医生也能进行一系列常规检查，如：自动检查咽喉和采集拭子用机器人控制医用摄像镜检查咽部，然后进行咽拭子采集（使用透明的一次性防护口罩，并在每个患者使用之后更换）；远程检测，机器人对患者胸部进行听诊并轻拍，然后将对患者腹部进行触诊，机器人手臂和相应附件由医生远程控制并引导至相应的检查点；根据采集到的重要参数进行诊断和评估，讨论进一步的治疗步骤。医生通过屏幕连接，远程引导患者完成整个检查。测量生命参数后，讨论患者的病史。

　　案例二：助手型机器人——牙医助手

　　医生通过手势控制、语音控制或脚踏板控制来告诉机器人他需要什么工具，机器人快速识别后将工具传递给医生。此类案例中的机器人多以助手的形式出现，如传递物品、辅助定位、预判报警等，机器人并不直接参与手术或治疗，在一定程度上降低了项目风险，增加了项目的可行性和可复制性。

　　案例三：辅助诊断型机器人——智能扫查

　　在2020 年的医博会上（CMFF2020），德尚韵兴发布的扫查机器人可模仿医生扫查手法，支持各种角度全自动扫查。主动柔顺技术可以解决呼吸影响，保证安全并提高成像质量。此类案例中的机器人当作医生的执行手臂，代替医生的手部动作，但机器人本身并不参与分析（搭载其他智能分析软件后可执行分析），将扫查行为标准化和可远程化是本项目的一个技术亮点。

　　案例 四：护理康复类机器人

　　伴随着人口老龄化，独居老人或肢体受伤类病人的护理问题受到了国内外医疗科技公司的关注。下图是某知名科技公司联手Franka Emika 开发的护理机器人。应用 Franka 机器人独特的力敏感性，接触式帮助患者进行肢体动作，也可以通过机器人完成取药倒水等动作。

　　案例五：全自动病毒检测机器人

　　受新冠影响， 国内外多家医疗科技公司使用 FrankaEmika 机器人做鼻和咽喉的Covid-19 筛查。在国内，云百生联合深圳市罗湖医院集团开发的鼻拭子机器人在技术上取得了非常大的突破。通过视觉引导实现面部跟踪，雷达探头确认鼻球位置，精准的判断了鼻腔位置，再通过机器人的力敏感度探入式进入鼻腔，较高的力敏感度确保人们能获得舒适的体验。

　　案例六：中医类机器人——刮痧机器人

　　由Franka Emika 中国总代理兼售后中心的TQgroup 联合国内某知名理疗公司联合开发的刮痧机器人，在一定程度上论证了力控技术在与人接触式开放环境中的必要性。通过简单的几点示教，机器人不需要视觉判断就能根据力反馈完成背部的刮痧任务。

　　案例七：远程5G 手术（探索）

　　国外医生通过5G 通讯远程控制FrankaEmika 完成手术。此项目的意义在于医疗资源的地域分布不均，医生可以远程参与其他地区的复杂手术或给出指导意见。

　　案例八：PCR 检查用机器人

　　相比于高通量的成套实验室解决方案，PCR 检查（检测DNA 中的病毒）项目的优势是小投入、柔性高，机器人完全可以替代研究人员的重复性劳动。