達芬奇手術機器人的延時會影響到操作么？

01-03

請問題主說的延時具體指什麼延時？還是泛指所有因素造成的延時？
答：首先是系統本身所有延時。其次是加上遠程手術時的額外網路延時。

這些延時大概在什麼範圍？怎麼處理的？

結論，不會（人感覺不到）。

先說人為什麼感覺不到，因為人自己是有感知精度的，一般操作主從機器人感覺不好的三個表現就是：1，我手運動了為啥機器人沒動？ 2，機器人怎麼比我手運動滯後這麼多？,3，我覺得機器人該往這邊運動怎麼方向不對？ 因此如果機器人響應延時+圖像顯示延時+運動精度綜合起來能夠不讓人察覺到，就會感覺到很流暢。

達芬奇機器人操作勉強算是一個閉環吧，1，正向主從控制通道：主操作手運動並發送控制指令去控制從操作手；2，圖像反饋通道：內窺鏡將從操作手運動圖像發到醫生眼睛。

這兩個加起來延時會影響醫生的操作感覺，圖像的延時差不多是幾十毫秒的級別，而且目前看來圖像處理能力的限制，這部分延時短時間內不能降低，同時這個屬於視覺延時，幾十毫秒的量級確實影響不太大，當然題主補充了也考慮遠程手術時的延時，我個人做的研究不多，作為第二部分回答。

第一部分：主操作手控制從操作手的延時對操作的影響。

針對3個感覺不好的表現分別分析原因：

首先第一個表現：我手運動了為啥機器人沒動？

這個純粹是延時造成的。

一：正向主從控制通道的延遲對操作的影響

首先分析一下這個通道都有什麼可能造成延時：

因為達芬奇機器人用的是數字系統，因此還是跑不過老三樣：1採樣-保持延遲，2計算延遲，3速度估計延遲。這三個定義我就不詳細介紹了，我一個答案裡面有定義的解釋PD單關節控制時振動? - 許三多的回答。其中速度估計延遲我不能判斷達芬奇演算法裡面有多大的影響，因為根據我的了解，他們用雅克比進行機械臂控制計算，可能還會有個「速度積分延遲」（這個詞是我發(xia)明(xie)的），也就是說最終的從操作手位置控制量是由速度積分得來的，不過我不太確定他的影響，這裡先不考慮。

其中1採樣-保持延遲和3速度估計延遲都可以表示為採樣間隔的一般，因此兩個加起來就是一個採樣周期的延遲了，那麼理論上說達芬奇機器人有1300HZ的演算法循環頻率，那麼這兩個延遲就是0.77ms，而計算延遲由於不能確定結果在周期的哪個具體位置完成，因為不能判定計算延遲的時間，這裡假定也是半個周期的話（上面表格給出0.1T-0.9T），那麼這三個部分的延遲加起來就是1.5T，也就是1.155ms,這個延時理論上還是不錯的，相位滯後不大，能夠滿足對電機控制的增益要求（影響電機伺服剛度，最終影響機器人系統響應時間），同時1毫秒多的延時，人基本不可能感覺到。因此這個延時基本不用處理。

然後第2個：機器人怎麼比我手運動滯後這麼多？

這個運動滯後其實是系統響應時間比較慢的緣故，當然達芬奇機器人作為業內頂尖的醫療機器人廠家，在系統設計時肯定解決了這個問題，系統響應時間包括了：1電氣響應時間和 2機械響應時間，簡化機器人模型在理想情況下可以機器人當成二階模型考慮，那麼看下二階系統的階躍曲線。

如果機器人系統設計的不好，比如機器人質量/電機/柔性（剛度）設計不夠好，就會導致上升時間很長，從量級上面來說，控制演算法延時&<電氣響應時間&<機械響應時間，上述延時最終影響機器人系統帶寬（機器人系統帶寬我沒有查到明確的定義，但是機器人單關節帶寬在工業界是有人用於測試機器人性能的，因為機器人系統帶寬能夠表徵機器人的響應能力），最終的帶寬影響操作者的感覺；因為達芬奇機器人是主從操作機器人，那麼運動輸入來自人手，我自己測試了自己的手部運動，比較努力的去晃動（假定我晃動是個正弦位置曲線），大概能到4HZ，如果抓著主操作手，頻率可能會降低一些，比如3HZ，我用這種辦法快速測試過達芬奇主從控制，完全沒有感覺到滯後。

這部分滯後（的感覺）可以通過良好的機器人結構和電氣設計來改善。具體方法我這個答案上面的連接裡面也有總結，可供參考。

然後第3個：我覺得機器人該往這邊運動怎麼方向不對？

這個跟延時就沒什麼關係了，屬於機器人精度範圍，作為機器人初創企業，表示在這方面儲備不是很足，尤其是繩驅的傳動方式跟工業機器人不一樣，繩驅的柔性和回差都會對機器人運動精度產生很大影響，這部分不屬於題主問的延遲範圍，故不展開了。

第二部分：遠程手術網路延時對操作的影響

這部分是我研究生的課題，當時自己是做了一些數據但是由於某些原因沒有寫到論文裡面去（應該是我沒有解決這些延時的理論問題），後來用了個別的控制方法寫了大論文。根據我目前的認知，網路延遲對於機器人遙操作是個世界難題。目前沒有完美的解決方法，但是不代表遠程網路控制不能用於實際生活和科研。

下面只能介紹一些我記得的知識：

2001年世界首例跨大西洋林白遠程手術的數據+圖像平均傳輸延時是155MS，最大值可能是330MS，這種條件下肯定操作會不舒服，但是醫生覺得還可以忍受，當時這次實驗通信費用租借網路可能花了100萬美元（憑印象），當然現在應該便宜多了，遠程手術的瓶頸不僅僅是傳輸延時，各種風險責任目前都還不清晰，所以一直沒法普及，天津大學有個遠程手術機器人項目，大概去年做了一次天津-北京的遠程手術，感興趣可以去網上查查。

其他任何機器人相關的知識都歡迎各位與我探討！

先說結論：不會。

達芬奇的控制端對輸出端的比率很高，打個比方，我外部移動控制手柄5cm機器人endeffector才動1mm，一般來說移動手柄的時間要大大大於（好多大）整個系統間的延時。也有特殊情況，如果是跨網路進行遠程手術那延時有可能會高於平均，但一般情況下控制台和達芬奇都是有線連接，中間隔個觀察屏，所以問題不大。

達芬奇機器人S和Si 的控制系統的processing cycle rate在1300HZ，計算應該算比較快的，當然這是達芬奇98年的技術了；據說Xi系統將這個提高到了4000HZ；

人手的運動頻率一般是4hz左右，基本上無論醫生動作多快，操作都能跟得上；

至於產生延時的話，應該是圖像延時和通訊延時比較會影響；

本人沒有操作過達芬奇，但從醫院醫生了解到，達芬奇操作很順暢。

這個還真不了解，我們去年為一家上市的醫療集團從海外招聘做這個產品的人才，只了解到這個產品的市場情況，並不懂機器操作。

影像延時只有1ms多！？有點誇張了