Preceyes使用基于模型的设计加速世界第一台眼科手术机器人的发展

Preceyes为其手术系统设定了雄心勃勃的目标。精确度的提高不仅使新的手术成为可能，还将改善现有的手术，如视网膜膜的剥离和眼睛液体的置换。在实现这些目标的过程中，Preceyes团队有两个优先事项：确保患者安全和尽可能高效地生产一种有效的临床调查设备。

为了在开发进度和安全约束内实现其设计目标，Preceyes工程师需要利用建模和仿真技术，该技术已在多个行业的其他安全关键应用中使用。具体来说，他们需要对复杂的控制逻辑建模，然后对其设计进行功能验证，首先通过仿真，然后通过实际机器人的实时测试。除了实时控制软件外，该团队还需要开发一个非实时应用程序，该应用程序具有运行在PC上的接口，医生可以使用该接口在手术之前和手术期间配置设置。 

Preceyes使用基于模型的设计以及MATLAB、Simulink和SimulinkReal-Time来加速其Preceyes手术系统的实时控制系统的开发。

在构建机器人运动学和动力学的基本模型时，Preceyes工程师进行了系统识别测试，他们使用Simulink Real-Time为机器人的11个电机生成激励信号，然后测量其11个自由度中的每个自由度的响应。

在MATLAB中分析和拟合测量数据后，他们使用结果开发了Simulink工厂模型，该模型描述了机器人如何响应外力移动。

该团队开发了一个控制器模型，用于处理来自系统操纵杆和大约60个传感器（包括光学和磁性编码器）的输入，并生成必要的电机信号，以根据外科医生的动作移动刀尖。在这个模型中，他们将Simulink Real-Time中的EtherCAT块合并到机器人EtherCAT网络上的节点接口中。

使用Stateflow^®该团队为系统的各种操作模式建立了时序逻辑模型，包括校准、初始化和自我验证。

通过仿真验证控制器和控制逻辑的基本操作后，工程师使用Simulink Coder™从模型生成代码，并将编译后的代码部署到运行SimulinkReal-time的实时目标计算机上。这台计算机通过EtherCAT网络连接到机器人的传感器和电机上。

为了改进和增强控制器，该团队对模型进行了改进，通过仿真对其进行了检查，然后使用Simulink实时设置在实际机器人上对其进行测试。

工程师们使用MATLAB UI开发工具GUIDE开发了触摸屏应用软件，外科医生使用该软件更改手术设置，并在手术期间接收视觉和听觉反馈。

PRECEYES手术系统的安全性和有效性已在14种手术中得到证明。计划在顶级手术场所进行更多的演示，包括与鹿特丹眼科医院进行为期两年的合作。该公司还致力于CE注册和下一代批量生产。

• 由一名工程师开发的核心控制器。Beelen说：“有了MATLAB和Simulink，我不必亲自为控制器编写低级架构。作为开发第一个版本的唯一软件工程师，这是一个巨大的优势，事实上，我怀疑是否只有一个工程师可以完成其他工作。”。“该软件得到了顾问的广泛审查，这很容易，因为Simulink产品具有可读性、需求可追溯性和报告生成功能。”
• 确保患者安全。Beelen指出：“我总是说，除非我完全有信心在自己或爱人身上使用，否则我不会将设备推向市场。”。“有了我们在Simulink中实现的安全机制，我100%相信软件不会出现问题。”
• 工业化路线图集。Beelen说：“为了开发我们的系统的工业化版本，我们将从现有的控制器模型生成代码，使用嵌入式编码器以嵌入式处理器为目标，从而节省时间。”。“我们将遵循更正式的开发和测试工作流，改进版本控制，组建更大的开发团队，在Simulink中使用基于模型的测试、验证和验证功能。”