近日，《自然》雜誌發表了一篇論文。加州大學聖地牙哥分校的研究團隊利用優利特機器人公司（Unitree Robotics）開發的人形機器人，為兩頭活豬成功實施了膽囊切除手術。這是人形機器人首次在活體生物身上進行真正的外科手術。
伊隆馬斯克此前曾大膽斷言，機器人將在幾年內超越技藝精湛的人類外科醫生，並在大約五年內超越最頂尖的外科醫生。這項最新研究的發佈在業界引起了軒然大波。
為什麼手術機器人發展如此迅速？它們與一般機器人有何不同？製造商如何在加工和生產過程中控制尺寸誤差？今天，我們將深入探討這些問題。
手術機器人是一種新型醫療工具，它結合了機器學習和精密機械系統來執行外科手術。醫生可以透過控制台精確操控機械手臂和機械手進行手術。這項技術不僅提高了手術的精確度和效率，還減少了病患與醫護人員的直接接觸，為醫療領域引入了更安全、更先進的治療方法。
手術機器人有哪些類型？
手術機器人種類繁多。常見的類型包括達文西機器人、骨科手術機器人、腹腔鏡手術機器人、心臟手術機器人、泌尿科手術機器人和單孔手術機器人。
其中，骨科手術機器人和內視鏡手術機器人是兩種常見的手術機器人類型。骨科手術機器人主要用於骨科手術，例如關節置換和脊椎置換手術。腹腔鏡手術機器人也稱為內視鏡手術機器人，主要用於微創手術。
醫用手術機器人的主要部件有哪些？它們的加工方法是什麼？
醫用外科機器人的核心關鍵組件
手術機器人由許多重要部件組成，包括機械手臂、手術機械手臂、手術工具、遙控系統、視覺系統組件和導航系統組件。
機械手臂負責搬運和操作手術器械。遠端控制系統使醫生能夠遠距離操控機器人。視覺系統顯示清晰的即時手術影像。導航系統確保操作精準。手術器械幫助機器人完成複雜的手術步驟，並提供清晰的觸覺回饋。所有這些部件協同工作，使手術機器人精準可靠，適用於臨床應用。
手術機器人零件的加工方法
電腦數控加工（CNC）
它採用電腦控制的工具機。預先編程的軟體驅動切削刀具的運動。數控加工能夠生產高精度、複雜幾何形狀的零件。它適用於金屬和塑膠材料。
3D印刷 （增材製造）
它透過逐層堆疊材料來建造零件，直接將數位模型轉化為成品組件。 3D列印可以快速製造客製化零件，尤其適用於小批量生產和複雜幾何形狀的零件。
激光切割 & 激光焊接
它利用高能量雷射光束精確切割和焊接金屬及非金屬材料。雷射切割可實現高精度、邊緣整齊的切割。雷射焊接則用於將各個部件連接在一起。
注射成型
熔融塑膠被注入模具並冷卻成型。注塑成型適用於塑膠零件的大批量生產，能夠確保高精度和一致的零件品質。
電火花加工 (EDM)
它利用電火花對金屬材料進行電火花加工。這種方法適用於常規機械加工難以處理的硬質材料。電火花加工能夠實現高精度和複雜輪廓的加工，因此被廣泛用於模具和精密零件的製造。
鈑金加工
它涵蓋了鈑金零件的切割、彎曲和成型過程。鈑金加工常用於製造外殼、支架和其他結構部件。
醫療外科機器人零件有哪些？ 組裝?
醫療機器人的各個組件需要經過多個關鍵步驟。首先，團隊完成詳細的組裝計畫。其次，他們對每個部件進行全面的品質檢查。第三，工人組裝所有機械結構。第四，他們安裝所有電子模組。第五，工作人員進行全面的機器調試和效能測試。第六，他們設定人機操作介面。最後，整個機器人接受最終驗收檢查。
這些步驟確保了機械手臂、關節、感測器和其他組件的精確度。組裝完成後，機器人必須通過最終驗收測試。此外，機器人還需要進行手術模擬測試。這些測試旨在驗證其性能和可靠性，確保機器人能夠安全、準確地執行手術任務。
為什麼手術機器人更難製造？
當手術機器人進入臨床驗證和小批量生產階段時，每個部件都必須嚴格控制。每個零件的加工品質都至關重要。
諸如關節殼體、機械手臂連接器和感測器支架等單一部件可能單獨通過尺寸測試。然而，當這些零件組裝成完整的機器人後，問題可能會出現。例如，力回饋不穩定、手術器械晃動，以及密封表面無法緊密咬合等。
人形機器人和手術機器人的市場成長迅速。高精度零件加工成為研發團隊面臨的一大難題。
一般工業機器人只注重結構強度和重複定位精度，而醫療機器人則在此基礎上增加了三項更為嚴格的要求：長期穩定的性能、潔淨的表面以及完整的生產可追溯性。例如，微創器械連接座的孔位偏差可能僅為0.01毫米，但當器械到達末端時，就會導致夾持姿態和力回饋曲線改變。
這些材料也更加敏感。 Al7075鋁合金適用於製造高強度輕量結構件，但其薄壁殼體在粗加工後會產生應力釋放。 PEEK常用於絕緣墊、隔熱塊和耐磨極限件。當切削溫度達到較高水平時，容易出現毛邊和尺寸回彈。不鏽鋼小軸和鈦合金適配器零件也存在表面粗糙度和清潔度的問題。歸根究底，對於醫療機器人零件而言，關鍵不僅在於制定嚴格的公差標準；更重要的是，加工、檢驗和組裝標準必須採用統一的語言。
控製手術機器人微米級風險的製程方案：鎖定整個參考鏈
5.1 使用五軸聯動CNC工具機
連接殼體通常具有傾斜孔、圓形凹槽和側向避讓槽。重複重新夾緊會累積定位誤差。五軸加工中心可在同一基準下加工所有鍵孔和安裝面，從而最大程度地減少組裝偏差。
5.2 搭配真空吸盤和軟爪
真空夾具和軟爪應配合使用。薄壁鋁製零件不宜夾持過緊，過大的夾持力會導致拆卸後零件變形。
對於大面積薄壁工件：真空夾具可以均勻分佈夾緊力。對於不規則連接件：軟爪和定位銷可以提供更穩定的定位。這個過程看似簡單，卻能大幅減少生產過程中的返工。
5.3 分步加工以釋放應力
7075鋁合金零件的加工流程固定如下：粗加工→短暫應力消除→半精加工→尺寸複檢→最終精密切割。工人在最後一次切割前會再次檢查主要參考位置。
對於PEEK塑膠零件，工廠會控制主軸轉速和刀具鋒利度。低切削熱可避免孔徑偏移。
5.4 制定分層工藝公差標準
工人將特徵控制標準分為兩類。關鍵部件包括軸承孔、編碼器底座和刀具連接孔，其目標公差控制在±0.005毫米以內。普通減重槽和避讓區域則採用較為寬鬆的公差規則。
三坐標測量機（CMM）用於測試孔距、同軸度、垂直度和平面度。團隊記錄所有組裝敏感位置的首件組裝樣品資料。完整的記錄有助於降低長期返工成本。
6. 手術機器人零件的完整組裝流程
所有醫療機器人零件均遵循標準組裝步驟。團隊首先制定詳細的組裝計劃，然後對每個部件進行全面的品質檢驗。接下來，工人完成機械組裝和電子零件安裝。
最後，工作人員完成了機器調試和多輪性能測試，並最後安裝了人機控制面板。整機通過了嚴格的最終驗收。
所有步驟都確保了機械手臂、關節和感測器之間的緊密協調。組裝完成後，機器人將進行真實的手術模擬測試。測試結果驗證了其安全性和操作精度。
組裝醫用手術機器人的各個部件需要遵循一套完整的標準化流程。第一步是製定詳細的組裝計劃。工作人員會對所有部件進行分類，並確定組裝順序，以防止安裝錯誤。隨後，進行全流程品質檢驗。每個零件，例如機械手臂、感測器和外殼，都必須檢查其尺寸和外觀是否有缺陷。
通過檢驗後，工人先完成機械手臂、關節等機械結構的組裝，然後再安裝內部電路板、驅動模組和其他電子元件。技術人員反覆調試設備，糾正抖動、定位偏差等問題，然後調試觸控操作螢幕和其他人機互動介面。
整機組裝完成後，進入最終驗收階段。工程師進行了多次模擬手術測試，以全面驗證設備的準確性、穩定性和安全性。只有所有測試都通過，設備才能出廠，確保在臨床手術中安全、精準地完成各種微創手術。
7. 外科手術機器人零件研發和採購團隊需要關注的關鍵問題
關鍵要求應在報價階段進行明確討論。
首先，分別標示所有關鍵特徵尺寸。
告知供應商哪些部件可用作組裝參考，哪些部件與馬達或感測器匹配，哪些部件只是預留的避讓區域。過多的微小公差會造成加工成本浪費。
第二，確認完整的測試標準。
醫療機器人零件需要正式的首件檢驗報告、完整的微孔測試記錄、完整的材料批次文件和表面處理文件。即使是5件或10件的小批量產品也需要嚴格檢驗。團隊必須確保一次性生產出正確的零件。
8. 給採購手術機器人零件的團隊的建議
如果您正在尋找高精度手術機器人零件加工供應商，不要只專注於價格和交貨時間，還應該評估供應商的製造能力。以下是一些重要問題：
- 工廠是否有五軸連動加工設備？
- 對於薄壁零件，他們採用哪些夾緊方法？
- 他們是否有穩定、成熟的7075鋁合金和PEEK加工參數？
- 他們能否在大量生產過程中將關鍵特徵的公差控制在±0.005毫米以內？
- 他們能否隨首批樣品提供完整的三坐標測量報告？
9. 為什麼選擇NOBLE
Noble 將產品創意轉化為成品原型和大量生產零件。大多數供應商僅提供原型製作服務，而 Noble 則提供一站式全方位製造支援。我們的服務涵蓋設計最佳化、加工、表面處理和最終組裝。
諾布爾的 矽膠快速成型 能力
矽膠原型生產與我們的其他生產線無縫銜接。工程師在整個生產流程中提供設計支援。 CNC工具機製造精密母模。注塑成型支援大批量生產。我們的團隊在公司內部完成表面處理和最終組裝。客戶只需與一家供應商對接所有環節。
正式品質認證
我們的品質管理系統擁有官方認證，並附有完整的證明文件。
- ISO 9001:2015：它控制著一般的生產品質。標準化的加工流程保證了穩定的生產結果。完整的檢驗步驟檢查零件的尺寸和表面品質。
- ISO 13485:2016：它增加了嚴格的醫療器材生產規則，要求對零件進行全程追溯，並對生產過程進行全程驗證。
手術機器人部件常見問題解答
1：醫用304不鏽鋼和316L不鏽鋼有什麼差別？
304不銹鋼耐腐蝕性較差，工廠很少用於醫療器械部件。 316L低碳不銹鋼含有鉬元素，能夠抵抗人體液體中的氯化物腐蝕，工廠通常使用316L不銹鋼製造手術器械和臨時植入物。
2：您能提供我零件的完整材料可追溯性文件嗎？
是的，我們提供完整的官方文件，包括原料檢驗報告（MTR）和成品合格證書（CoC）。整個生產資訊鏈都可追溯。
3. 什麼是鈍化？為什麼鈍化對醫用不銹鋼至關重要？
鈍化是一種化學處理方法。它可以去除切削刀具在鋼材表面留下的微小鐵屑。這些微小鐵屑會導致鋼材生鏽。鈍化可以提高鋼材的天然抗腐蝕能力。對於需要進行蒸氣滅菌的零件來說，這項特性至關重要。鈍化是我們生產流程中不可或缺的環節。
4. 醫療器材原型製作的標準交付週期是多久？
醫療原型製作週期為2至4週。具體時間取決於零件的複雜程度和原料供應。我們始終保持清晰的溝通。所有工作都將與客戶的研發和生產計劃相匹配。
5. 如何確認 NOBLE 是否適合我的專案？
請聯絡我們的工程團隊。我們將就您的所有專案需求進行保密洽談。我們會分享我們完整的品質系統、過往的醫療產業案例以及完整的客製化加工方案。我們所有的生產步驟都嚴格遵循醫療行業標準。
