機器人輔助手術的優勢在越來越多的手術領域、越來越多的醫院和患者中得到認可。這推動了該行業的增長以及手術機器人中使用技術的提升。一項關鍵技術是機器人運動控制，但所涉及的組件通常對外界是不可見的，這可能部分解釋了為什么它們經常被忽視或誤解。然而，它們是安全、平穩和準確的機器人技術的關鍵組件。

“運動控制”描述了以受控方式移動機器部件的系統和技術。在手術機器人中，這些通常包括運動（或伺服）控制器、電機、齒輪箱和位置反饋傳感器。一個常見的應用是驅動機器人手臂的肩關節、肘關節或腕關節。電機、齒輪箱和傳感器組件通常被稱為執行器，系統有時被稱為“伺服”——這只是意味著反饋回路報告實際位置或速度以與命令進行比較。

運動控制并不新鮮，但技術發展迅速，趨勢是：

 數字化

這是越來越多地使用全數字控制系統以及來自放大器、電位計等的模擬信號的消失。造成這種情況的原因有很多：

成本——現代數字電子產品通常比模擬電子產品便宜，而且布線/互連成本可以在數量和規格上降低；

性能——數字系統通常不太容易出現 EMC 和熱漂移；

熟悉度——與模擬電路相比，年輕工程師更習慣于數字系統，因此他們對新設計采用數字方法也就不足為奇了。

小型化和凈外形

與 20 年前相比，大多數運動控制組件現在的尺寸越來越小，性能相當：以前重 1 公斤的伺服驅動器現在重量 <50 克；標準的 NEMA 34 尺寸電機現在輸出的功率是20世紀末的 3 倍，并且一些光學編碼器的讀取頭已減小到單個微芯片的大小。位置傳感器的小型化部分歸功于 ASIC 設計和微電路的進步，而較小的電機則來自改進的磁鐵和設計過程中更好的電磁模擬。技術進步在很大程度上實現了這一點，但也有一種方法的改變，從使用無框電機和無框或無包裝傳感器，消除笨重的外殼，使其凈形式減少到基本要素。

直接驅動

電機通常在更高的速度下產生最大的扭矩或功率。傳統上，變速箱用于降低該速度以在低速時產生扭矩。隨著無刷直流電機技術的發展，可以在無速或低速下產生全扭矩，因此不再需要變速箱。這種直接驅動具有無間隙、通過齒輪箱沒有摩擦損失、減少維護、提高可靠性和消除齒輪箱成本的優點。然而，直接驅動并不普遍適用，因為齒輪箱使較小的電機能夠實現所需的扭矩。直接驅動的優缺點因具體要求而異，但在越來越多的情況下，直接驅動是首選。

創新的齒輪系統

描述完直接驅動的增加使用，然后討論創新齒輪系統的使用似乎很奇怪，但最近的發展意味著傳統的電機和齒輪箱方法并沒有像某些人預測的那樣迅速減少。一個顯著的例子是使用應變波齒輪（或諧波齒輪），其中一個薄的環形齒輪彎曲以產生接近零背隙的緊湊環形形式的高速減速（有時>100:1）。其他示例涉及錐形驅動和擺線齒輪系統，此類方法使工程師能夠以合理的成本滿足苛刻的運動控制要求。

非接觸式傳感器

這種趨勢已經持續了幾年，并且在手術機器人的運動控制中使用電位計作為反饋設備幾乎已經消失。在具有大量循環的應用中，電位計可靠性可能不穩定助長了這一趨勢 ，特別是在電位計軌道可能遭受磨損問題的受限運動中。這意味著位置或速度反饋設備由光學、磁性、電容和電感傳感器主導，這些傳感器現在提供以前只有非常昂貴的傳感器才能實現的測量性能。

模擬和定制零件

對于我們這些年紀大到還記得從繪圖板到 CAD 的過渡的人來說，CAD 聲稱的優勢之一是它能夠進行工程模擬。回到當時，我們中并沒有多少人真正相信它...... 但是你能錯到什么程度呢？CAD 現在可以輕松精確地模擬執行器、機構、電機、傳感器，因此可以虛擬構建和測試系統，而無需物理構建、測試和迭代原型。對工程成本和交貨時間的影響是巨大的，沒有什么比使用根據客戶規格開發的定制運動控制組件更好的說明了。傳統上，定制零件只有在工程成本可以攤銷的大批量應用中才具有經濟可行性。

增值遠程診斷

遠程診斷已經存在多年，但通常價值不大。然而，現代技術現在可以提供如此精確的數據，從而使有價值的信息成為可能。傳統上，位置傳感器只報告執行器的位移，但現代測量技術允許如此高的分辨率，數據可用于預測密封件何時開始磨損；當執行器速度的變化表明是否需要潤滑時，施加功率和啟動運動之間的時間增量可以顯示磨損是否超過了指定的限制。如果可以遠程診斷此類問題，則可以在手頭準備好必要部件的情況下安排干預措施——從而減少總停機時間；停機時間的影響；相關費用并盡量減少對患者的影響。