机器人辅助手术系统可以帮助医生以更高的精度、控制力和灵活性完成各种复杂的手术。手术器械连接至机器臂末端的执行机构。

内窥镜在外科手术中的应用是医学史上最具代表性的成功案例之一，然而，微创外科手术和器械的发展并未止步于此。随着材料科学、成像技术、传感器和机器人技术的快速发展，新一代手术器械的生产迎来新一轮的创新热潮。

微创手术已经成为一种常规的门诊手术，可有效降低护理成本、缩短恢复期并减少术后并发症。微创手术需要使用各种专业化的内窥镜、摄像头、光源、视频监控器、充气器、套管和其他器械。

现代的机器人辅助手术系统让外科医生能够在机载摄像头和传感器的精准视觉引导下灵活地操纵执行机构。

机器人辅助手术（RAS）是新一代的微创手术，打破现有微创手术的局限，可帮助外科医生提高开放手术的操作精度。借助人工智能以及CT、PET、MRI和核扫描等尖端诊断成像技术，外科医生能够在日益完善的RAS系统的辅助下显著提升手术的精确度和准确性。

超声波金属和塑料焊接技术是生产用于机器人辅助手术器械的线束和连接器的理想选择。（图片来源：艾默生）

随着机器人辅助手术系统应用的日益普及，新一代微创手术器械正在快速重新设计和改造，以便更好地集成机器人技术。虽然这些器械的基本功能要求并未改变，但当它们直接安装在机械臂上时，其外形尺寸会发生显著的变化。这些新一代器械（现在通常被称为“执行机构”）不再通过符合人体工程学的手柄接收外科医生的手部触觉输入，而是采用电子引导的操作原理。这些执行机构利用先进的扫描技术和/或计算机化机器人控制的定位输入，按照预定的手术方案进行定位。外科医生可以使用机器人的操纵杆进行微调，同时利用安装在执行机构上的摄像头提供的视觉输入来引导器械。此外，外科医生可以实时查看手术方案的细节信息，根据患者的解剖结构进行调整，例如在髋关节或膝关节置换手术中调整新植入物的角度。

利用微型化和电子技术，机器人辅助手术（RAS）执行机构变得更小、更轻，相比传统的内窥镜器械，通常集成多种功能。例如，多种老式手术器械均采用直线配置的方式制造，必须弯曲才能绕过手术中的障碍物，而新一代执行机构更加灵活，功能更加丰富，提高手术效率和精度。很多新一代执行机构都是机电式的，采用包括金属、弹性体和高性能塑料在内的多种材料。

然而，随着手术器械向更小、更复杂的方向发展，引导和控制执行机构的电子、通信和控制机构日益精密，以及全球医疗器械安全、可靠性和质量标准的不断提高，医疗器械制造商在制造和装配方面面临着一系列的挑战。

1、解决装配难题

所幸的是，装配技术也在不断进步。对于集成金属、弹性体和塑料部件的机器人辅助手术系统（RAS）和终端执行机构，超声波焊接仍然是一项核心制造技术。超声波焊接的基本原理是利用振动运动和压缩力将两个兼容材料的配合面紧密结合在一起。在高频振动的作用下，配合面产生机械摩擦和热量，实现材料的粘合。

焊接塑料的过程中，超声波焊接会在两个部件之间的焊点上产生一个很小但可控的熔化区域。最新的工艺技术不仅能更加精确地控制焊接时间、深度和功率输入，还可以调节下压力，因此，我们甚至可以成功地焊接含有传感器和电子元件的部件，或者具有极小公差接缝的部件，如机器人辅助手术（RAS）执行机构、摄像头及相关部件。超声波塑料焊接是理想的外壳和组件的组装工艺。这些外壳和组件通常包含电机、传感器、摄像头或输送和管理手术中使用的关键流体或气体的阀门和小型管道等部件。

对于铜、铝、镍、银等有色金属，超声波焊接能够利用振动和压缩力在金属部件之间形成固态分子对接。金属对接是超声波金属焊接独有的特性。金属焊接的另一个关键优势是它能消除焊接烟雾相关的健康问题。这不仅改善工作环境，还能减少对认证焊台的需求。同时，超声波焊接系统的工艺逻辑和数据采集功能进一步提高工艺产出量和可重复性。

不同于其他焊接工艺，超声波金属焊接对金属部件进行加热且不会使其熔化，避免金属间化合物导致的腐蚀问题。此外，超声波金属焊接也用于加工能量储存或电池中至关重要的极片和电极电路。这些电池为电动或加热部件提供电力，并传输并传递视觉数据、控制信号或遥测数据，这些数据对于可视化和控制机器人手臂和执行器功能至关重要。另一个关键应用是细线组件的电气连接，例如，超声波金属焊接能够将30 AWG银涂层铜线等细线材料可靠地连接到传感器或执行器的单点接触上。

在超声波塑料和金属焊接这两种工艺中，无需使用添加剂或耗材即可连接部件。因此，对于生物相容性塑料制成的机械臂或手术末端执行机构，组件焊接不会造成外部污染风险。两种工艺均可以用于粘接极小、易碎或薄的部件。由于超声波工艺速度快、能效高、质量可重复，因此能够以高度可预测和可负担的成本制造用于机器人辅助手术（RAS）的高质量一次性末端执行机构。

激光塑料焊接是医用机器人和末端执行机构制造相关的第三种装配工艺。这种工艺用于塑料的柔和的无闪光和无颗粒粘合，可实现A类美观表面（包括手术机器人、机械臂和执行机构的外表面）。激光焊接的工作原理是通过传导性塑料部件将激光热源作用于可吸收激光的塑料零件上，进而熔化并连接塑料零件。激光焊接还有其它很多优点，包括：实现部件之间的完美密封；连接极薄或易碎部件；以及精准追踪极细焊缝，这对于连接具有狭窄或微流体流动路径的部件至关重要。

机器人辅助手术（RAS）设备和有源植入器械使用高可靠性的小尺寸电源连接件，这些连接件通常是使用超声波点焊技术在洁净室环境中焊接。电池焊接将铝极片和铝电池电极相连接，焊缝大小仅为2×2毫米。（图片来源：艾默生）

手术器械、机器人辅助手术执行机构甚至手术植入物制造中的另一种重要工艺是精密超声波清洗。这种方法使用超声波发生器在浸入制造部件的水或溶剂清洗溶液中产生高频能量脉冲。超声波脉冲产生空穴或细气泡，清除制造过程中积聚在产品表面的污染物。

2、改善患者治疗效果

新一代的机器人辅助手术系统和器械与超声波塑料和金属焊接、激光塑料焊接以及精密超声波清洗等装配技术相结合。这些工艺可解决一系列装配难题，为器械设计者提供更大的自由空间，探索可缩短开发时间的创新制造方法。例如，使用三维打印模具的快速增材制造工艺可以快速验证模具概念，将设计优化时间从数周缩减至数天。

技术提供商在开发微创手术器械和机器人辅助手术系统装配工艺的经验为领先的机器人辅助手术系统制造商提供巨大的优势。将微创手术器械用于机械臂末端机器人应用无疑将有效改善患者的手术效果。