遥操作与远程手术系统研究

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1、万方数据遥操作与远程手术系统研究王曙燕1，王晓梅2(1．西安邮电学院陕西西安710061；2．珠海市技工学校广东珠海519000)摘要：研究遥操作及其在远程手术系统中的应用。通过分析遥操作系统的组成，对目前研究中的主要问题和遇到的挑战进行了分析和描述，提出远程手术系统设计中存在的主要问题。研究表明系统性能和稳定性是遥操作系统的两个主要问题。随着Internet的普及和传播，遥操作将被应用在很多全新的领域中，比如医学培训、个人通信、娱乐、虚拟现实等。并将越来越深刻地影响人们的生活。关键词：遥操作；远程手

2、术；透明度；稳定性中图分类号：TPl82文献标识码：A文章编号：1004—373X(2009)09—079一03Re驼archofTeleoperatorsinTelesurgeryWANGShuyanl，WANGXiaomei2(1．Xi’anInstituteofP08t&Telecommunicati∞s。Xi’粕，71006l’China，2．ZhuhaiPoly—Technicschool，Zhuhai，519000，China)Abstract；Researchofteleoperator

3、sintelesurgeryisproposed．Abriefintroductiontothestructureoftheteleoperators，thekeyissuesandchallengesresearchersarefacingintelesurgery，whichisaspecialfieldofteleoperationsystemsaredescribed．Thestudyresultsshowthatthesystem7sperfomanceisstabi“ty．Withther

4、apiddevelopmentsoftheInternet，teleoperatorsarebeingapp“edtomanyotherfieldsandtheyareexpectedtohavedeepimpactonpeople’sdailylife．KeywOrdS：teleoperator；telesurgery；diaphaneity；stabilityO引言遥操作系统是指操作者在本地对主操作器进行控制，以完成对远端不可接近或者危险环境中机械的远距离操作。最早的遥操作系统出现于20世纪50年

5、代，主要用于核废料的处理。近几十年来，遥操作系统已经被广泛应用在太空探索、海底勘探、矿产开采、国防军事、医学手术等领域。最近，随着Internet的快速传播，遥操作系统正在被应用在很多新的领域中，比如医学培训、个人通信、娱乐、虚拟现实等，并将越来越深刻地影响人们的生活。本文侧重于介绍遥操作系统应用中的一个特殊的领域——远程手术。所谓远程手术，是指外科医生能够在本地对一个遥远的地方的病人利用仪器来进行手术治疗。世界上第一个远程手术试验已于1993年在意大利和美国之间成功地完成。在这次试验中，试验者对一个

6、动物器官模型进行了成功的组织切片。远程手术作为工程和医药学科的结合，给予了很多生活在遥远或者相对孤立环境中的病人以希望和机遇。与在传统的核废料处理，空间探索等应用中有所不收稿日期：2008—12—18同，远程手术中的操作对象通常是相对柔软的人体器官和组织，而不是空间站中或者核电场中坚硬的金属组件。通常情况下，在传统的遥操作系统应用中，最重要的问题是保证系统的稳定性。这是因为遥操作机器人的手臂和坚硬的环境的接触很容易导致系统不稳定甚至造成机器的损坏。然而，对于柔软的环境来说，稳定性的限制就可以变得相对宽

7、松。在这样的情况下，增加机器人和环境之间力反馈的真实性就显得更加重要了。l典型的双向遥操作系统通常，一个典型的遥操作系统由三部分组成：由操作者控制的主操作器；通信通道，主从操作器之间的运动和力控制指令通过其传输；从操作器，用于在遥远的或者危险的环境中完成要求的任务。一个典型的双向遥操作系统的模型如图1所示。整个主从和通信通道被称作主从双端口网络(MasterSlavetwoportNetwork，MSN)。除了MSN以夕卜，还有对于遥操作系统设计非常重要的两个部分，人类操作者和远方的环境。人类操作者发

8、出指令并控制远方的操作，从操作器接触环境并完成任务。79万方数据广⋯⋯⋯一---=二_⋯⋯⋯一1远程手术示例如图3所示。图1典型的双向遥操作系统结构对于遥操作系统，控制命令通过通信通道从主操作器发向从操作器，远方的从操作器完成任务。为了保证安全以及增强系统性能，从操作器和远方环境之间的接触信息被发回到人类操作者。这个信息可以是直接发回主操作器的机械力信号或者是间接的视频和声音。对于遥操作系统，视频和声音信号也十分重要。对于一些简单的任务，这种间接反馈就足