智能机器人数控技术在医疗设备制造中的应用

智能机器人数控技术在医疗设备制造中的应用

廖敏悦

杭州恒煜医疗科技有限公司 浙江 杭州 310000

摘  要：传统的医疗设备制造方式在现代技术的迅猛发展和社会需求的不断变化下，逐渐暴露出一些明显的缺点。突出表现为制造过程中严重依赖人力，具有一定的误差和不稳定性，人为失误易导致产品质量缺陷和资源浪费。此外，受制于劳动力的数量和劳动技能的水平，医疗设备的生产效率低、设备精密度不够等问题也严重限制医疗水平的提升。现如今，为针对以上弊端，智能机器人数控技术在医疗设备制造中的应用已成趋势，本文阐述该技术应用价值，分析行业现状，有望促进医疗设备制造业的健康持续发展。

关键词：智能机器人；数控技术；医疗设备；应用

引  言：传统的医疗设备制造方式在现代技术的迅猛发展和社会需求的不断变化下，逐渐暴露出一些明显的缺点。智能机器人数控技术提供了一种新的解决方案，对医疗设备制造具重大意义，且更好满足当今的医疗需求。伴随科学技术的快速发展，智能机器人数控技术应用可以实现高度精确的生产和加工，减少人为因素对产品质量的影响，符合医疗设备生产行业向智能化、自动化、精密化方向发展要求，可有效提升制造效率和产品质量。

1智能机器人数控技术

1.1 1智能机器人数控技术的特点

数控技术结合数字控制系统，应用先进制造领域，主要用于控制工业机械设备的运动和操作。是一个跨计算机技术、自动控制技术和机械制造技术等多学科交叉的新型技术[1]，以数字信号形式控制工具和工件相互运动，进而实现高精度、高效率的加工和制造。

其包括数控系统和数控机床两大部分，数控系统是数控技术的核心，由嵌入式计算机和相关软件组成，负责接收操作员输入的程序指令，对加工过程进行监控和管理，并控制数控机床的运动和操作。数控机床根据系统指令，通过伺服电机、传动装置和工具等实现工件的加工和制造。

为进一步替代人工劳力的琐碎操作，智能机器人数控技术应运而生，广泛应用于自动化装配、精密智能加工、数控铣床等各种机械制造领域，进而实现传统医疗设备制造过程中的自动化、智能化升级改造。其特点主要包括：

（1）自动化：引入智能机器人后，设备制造的自动化程度进一步提高，表现在其替

代部分基础的工种，可适应长时间的繁琐加工操作，具有较高的工作效率；且在长期取代部分人工后，会为制造业企业节省不小的人工成本；其次，智能机器人相比传统人工，因其按照预先设定的程序严格执行，可避免人力在长时间琐碎劳作后出现的人为失误问题，质量标准和交付要求差别不大，提高产品良品率[2]。

（2）集成化：操作系统应用智能机器人数控技术后，完成智能化改造。借助集成化技术，系统将多个设备制造相关模块形成一体化操作平台。表现为系统将各种机械结构、执行器件和传感器件融合，形成一个高度集成化的硬件系统；智能机器人数控技术借助软件编程实现对机器人的控制和指导，部件可以获取任务目标，分析环境信息，做出决策，并执行相应的动作，不同的软件模块可以集成在一个统一的控制系统中，从而实现机器人的自动化操作；系统实时收集和处理机器人运行过程中产生的数据，并通过与其他系统（如工厂ERP系统、供应链系统）的集成，实现与其他设备和系统的无缝衔接，提高生产的自动化水平和效率。

（3）精细化：伴随现阶段对产品质量标准的不断提高，对机械制造端生产精度也提

出了更高的要求。智能机器人数控技术通过设置所需产品的对应参数，执行相关操作，以实现精准的加工，在精密加工领域甚至可达纳米级。

1.2 优势及现状

智能机器人与数控技术结合的优势在于提高产品质量及生产效率，丰富产品的类型，相比传统密集型人力生产模式，其优势不断凸显，更符合当今设备生产领域需要。优势在于：其一在于优化产品质量，智能机器人借助数控系统设定的加工参数，过程中精准测量、检测及反馈，减少人为因素导致的质量波动问题，且数控系统在运行过程中，会对全过程进行监督，及时防范可能存在的生产问题，提高产品的一致性和稳定性[3]；其二在于实现精细化制造生产，智能机器人对可能的样品进行生产前的模拟，对于部分高风险加工操作具有重大意义，且机器人根据需要灵活调整工作模式和加工参数，适应不同的工作需求和变化，提高了生产线的灵活性和适应性。其三在于提高效率，表现在相比每个部件的生产都要求大量的物力人力的传统制造模式，该生产模式可以根据零件特性来制定不同的生产工艺流程，极大简化整体工艺流程，削减原不必要的繁琐环节，更适应现阶段设备生产的自动化、智能化改造需要。

2医疗设备制造业现状

2022年我国医疗器械市场规模达9,582亿元人民币，近7年复合增速约17.5%，已经形成了一个规模庞大、结构合理、技术先进的产业体系，从市场规模上看，已跃升成为除美国外的全球第二大市场。

尽管从从产业链角度看，我国供应结构相对完善，分工明确，但是受制于技术垄断，部分诸如医疗影像设备、心脏起搏器、人工关节等高端医疗设备仍然需要大量向国外大型企业进口，这些设备在具一定的复杂性和精密性，需要整个生产线和智能机器人、数控系统协同，对国内企业来说尚存在难度。国内医疗设备制造企业主要在超声波、电子胃镜、血液透析等中低端设备产品提供市场供给，且大多企业仍然采用普通的机床进行生产，自动化、智能化水平仍不高，势必导致零件尺寸存在偏差，最后组装后设备质量难以保证，进而降低设备的性能、使用年限，甚至影响治疗效果

[4]。

近年来，中国多部门鼓励并重点支持医疗设备制造企业的转型升级，在《“十四五”医药工业发展规划》中，总体要求指出到2025年，创新驱动力增强，产业链现代化水平明显提高，药械供应保障体系进一步健全，国际化全面向高端迈进；在重点发展领域中指出，大力发展新型医学影像、体外诊断、疾病康复等医疗器械，加快人工智能等信息技术在医疗装备领域应用；在重点发展技术领域指出，重点发展可提高产品稳定性和可靠性的工程化技术，医疗设备数字化技术。而智能机器人数控技术和医疗设备制造业的结合，可以有效解决上述指出的传统模式带来的缺陷，符合国家“十四五”医药工业发展规划要求，同时生产线的智能化、自动化、系统化改造也积极响应国家智能制造。

3智能机器人数控技术在医疗设备制造业的应用

3.1 医学影像

智能机器人数控技术在应用医学影像后，大量的医学影像数据可以存储在特定的网络资源，通过DSA（数字剪影技术），借助传感器实时获取患者的病患区域轮廓数据，对齐融合，同时通过分析患者轮廓和姿势信息，自动调整影像设备的参数，比如系统可以根据患者的身高、体重和体型，自动优化放射线源和检测器的位置、角度和曝光参数，识别和追踪患者的姿势变化，在影像采集过程中进行姿势校正，以获得更佳的影像质量，最后将无关区域剔除，对影像清晰化处理，协助医师完成患者的疾病诊断，减少误判率。

3.2 机械臂

随着技术的发展，智能机械臂在医疗设备制造中的应用越来越广泛，数控系统是整个过程的核心。机械臂尽可能模仿人手的大部分操作，借助各种通讯技术，具有灵活性、高精准性的特点。

3.2医疗设备的控制

现代医疗设备通常具备复杂的设计和功能，涉及多个部件和软件系统的协同工作，且需

要与互联网和其他系统连接，这种复杂性可能导致潜在的漏洞和缺陷，使设备更容易受到攻击或出现故障，设备的制造涉及到供应链的多个环节，其中可能包括来自不同供应商的部件和软件，无法保证每个环节的安全性。诸多因素往往会使得一些医疗设备存在安全隐患，因此，将智能数控技术应用到医疗设备产品的安全机制判断和处理，即将先进的人工智能和自动化技术应用于医疗设备中，通过实时监测、自动判断和处理异常情况，从而降低医疗设备的故障率、提高使用效率，并保障患者和医护人员的安全[5]。

具体变现为：

（1）实时监测：智能机器人数控技术通过各种传感器来实时监测医疗设备的运行状态和环境参数。例如，对于手术机器人，其通过摄像头和其他传感器来监测手术区域和患者的状态，监护仪等设备则监测患者的生理参数如心率、呼吸率等。通过实时监测，系统可以快速发现异常情况。

（2）自动判断：结合先进的算法和模型的智能数控系统对实时监测数据进行分析和处理。通过对比当前数据和预设的安全标准或参考数据，系统自动判断是否存在异常情况。例如，手术机器人自动检测是否有未预期的手术干预，监护仪自动判断患者生理参数是否超过安全范围等。

（3）处理异常情况：当系统检测到异常情况时，智能机器人数控技术自主决策采取自动或半自动的措施来处理问题，包括自动停止设备的运行，触发报警，或者通过人机交互界面向医护人员提供警告信息，在某些紧急情况下可能会自动采取纠正措施，以恢复到安全状态。

（4）自学习能力：通过不断地学习和更新算法模型，智能数控系统具备一定的自学历能力，来适应新的设备特性和复杂的医疗场景，可以提高系统的适应性和准确性，更好应对不同的安全挑战。

（5）数据记录和分析：通过对设备运行过程中的数据进行记录和分析，以用于事后分析，系统识别潜在的问题和改进设备的性能。此外，对于制定更好的安全策略和指导日后的设备设计和改进。

3.3医疗设备附件的生产

随着智能机器人数控技术在机械制造中的普及，其利用计算机控制系统来实现对机器人

的自动化控制，可以高效完成医疗设备附件的生产工作，并提高生产的精度和质量。

智能机器人根据预先设置的程序，自动完成各种加工、切割、打磨等工序，减少人工操作的需要，大大提高生产效率，且具有更高的一致性和准确性。相比传统制造模式，智能机器人数控维护成本更低，使用寿命更长，可以减少企业对人工操作的需求，节约人力成本，在较短的时间内可以完成大量的生产任务，减少生产时间和资源的浪费。在智能化方面，智能机器人数控技术具备更高级的功能和灵活性，通过与其他设备和系统的智能互联，实现数据共享和实时监控，提供生产管理和控制功能，根据不同的需求进行灵活调整和定制生产，满足不同客户的需求。

4未来愿景

目前我国在机械制造领域中已经逐步应用智能机器人数控机器人，但是，在医疗设备制造中，还是广泛集中在中低端医疗设备制造，因高端产品需要先进数控技术及和各个生产线、设备联动协同，研究仍然处于起步阶段。

未来，对于医疗设备制造企业，需要加大对智能机器人数控技术的技术研发和应用投入，积极参与国内外的技术合作与转化，争取更多的研究资金和专业人才支持，加强内部技术研发团队的建设，培养和招聘具备智能机器人数控技术背景的人才。同时密切关注国内外市场对医疗设备的需求和技术发展趋势。及时调整企业的发展战略和产品结构，确保企业能够满足市场的需求，提高竞争力。

对于整个行业来说，智能机器人数控技术是医疗设备制造业的大势所趋，利用先进的技术，减少对基础、繁琐工作的人力需要，降低因人为因素造成的失误及风险，鼓励医疗设备制造行业与多个相关学科达成合作，在前沿领域不断突破难关，取得创新性成果，提升设备质量和性能，并提供更先进的医疗解决方案。

5结语

综上所述，智能机器人数控技术在医疗设备制造中的应用，为行业带来了革命性的变化和深远的影响。通过引入智能机器人和数控技术，医疗设备制造商可以实现更高效、精确和可靠的设备生产过程。首先，智能机器人能够完成复杂、精细和重复的任务，如零部件制造、组装和测试，从而提高生产效率和减少人力成本。其次，智能机器人具备高精度和高可靠性，能够确保产品的质量和性能一致性。此外，智能机器人也能够提供更安全的工作环境，减少人员在危险环境中的操作风险。同时，通过数字控制系统的引入，制造商可以实现精确的运动控制和工艺控制，保证产品的准确度和稳定性。数控技术还能够提供更高的自动化程度，减少人工操作和错误，从而提升产品质量和工作效率。然而，在医疗设备制造中也面临着一些挑战和限制，突出表现为技术复杂性和维护难度的挑战，以及员工对技术变革的接受和适应性问题。

为了实现更广泛的应用，需要制造商和行业相关方共同努力，克服技术和管理方面的挑战，并建立完善的政策和标准，推动智能机器人数控技术在医疗设备制造中的持续创新和发展。

6参考文献

[1]Jiao B. A review of research into the intelligent development of the discipline of mechanical and electrical engineering[J]. Journal of Electrotechnology, Electrical Engineering and Management, 2022, 5(1): 27-34.

[2]卞仁鹏,贾志新,贺可太.数控冲床上下料桁架机器人可靠性预计及验证[J/OL].哈尔滨工程大学学报:1-10[2023-08-03].http://kns.cnki.net/kcms/detail/23.1390.U.20230526.1328.002.html

[3]朱坤福.基于智能机器人数控技术的医疗设备制造分析与思考[J].上海轻工业,2023(01):138-140.

[4]郑东梅,王庆喜. 工业机器人在医疗器械数控机床加工可靠性研究[C]//香港康健医药有限公司.2017年博鳌医药论坛论文集.[出版者不详],2017:246.

[5]温姗姗. 面向智能制造的机器人与数控控制技术研究[C]//天津电子出版社有限公司.新教育时代教育学术成果汇编.[出版者不详],2019:291+285.DOI:10.26914/c.cnkihy.2019.020915.