康复、评定、代偿和缓解用医用机器人RACA机器人运动或力/力矩检测,第三方检测机构|北京中科光析科学技术研究所

康复、评定、代偿和缓解用医用机器人（RACA机器人）是一类与人体直接交互、参与运动功能恢复与代偿辅助的医用电气设备。其临床安全性在相当程度上取决于运动轨迹准确性与交互力控制水平，运动参数及力/力矩参数的检测由此成为该类设备质量控制的核心环节。本文围绕RACA机器人运动性能与力/力矩性能两条主线，依次说明检测原理、样品与条件制备、轨迹精度与速度测量方法、六维力传感与测力平台方法、重复性与精度评定指标，并结合应用场景与判定要求给出可操作的检测要点，供检测技术人员与设备研发人员参考。

检测原理与机制

RACA机器人运动与力/力矩检测的基本逻辑，是将设备视为受控机械系统，分别对输出端的位移、速度等运动学量与末端交互力、关节力矩等动力学量进行量值测定。运动检测依托位置传感与光学运动捕捉原理，将机器人末端轨迹与预设轨迹比对，量化定位偏差。力/力矩检测依据弹性元件受力变形与应变电桥转换原理，由测力传感器输出与所受三分力及三轴力矩成比例的电信号。两类量测相互印证：运动误差反映伺服控制与机械传动状态，力信号反映人机交互载荷分布，二者共同构成整机性能评价的技术基础。

检测样品与测试条件制备

受检样品应为装配完整的RACA机器人整机，附件、末端执行器及控制系统按临床使用状态配置。检测前核对供电条件、安装基础与水平度，使样机处于正常工作状态。环境条件一般控制为温度15～35℃、相对湿度不大于规定上限，避免气流、振动与电磁干扰影响测量。测试负载按制造商声明的额定负载设置，必要时以标准砝码或质量块模拟人体肢体惯量。检测前依规定进行预热与空载运行，使各关节、传动与传感单元达到热稳定。所有量具与传感器均应在有效校准周期内，测量前完成零点标定与坐标系对准。

运动性能检测方法——轨迹精度与速度测量

轨迹精度测量常用光学运动捕捉法与激光跟踪法：在机器人末端设置标记点或目标反射器，令机器人以给定程序复现预设轨迹，采集实际轨迹数据并与指令轨迹比对，计算轨迹位置偏差、轨迹重复性及姿态偏差。速度与加速度测量可采用编码器数据读取与外部位移传感器独立测量相结合的方式，评估指令速度与实际速度的一致性，以及速度波动与平稳性。测试应覆盖低速、中速、额定速度多档工况，并分别在空载与额定负载条件下进行，以反映不同使用强度下的运动输出特性。测试中固定采样频率，保证数据完整可追溯。

力/力矩检测方法——六维力传感器与测力平台

力/力矩性能检测以六维力传感器法为主：将校准合格的六维力/力矩传感器安装于机器人末端与人机接口之间，采集运行过程中的三轴力与三轴力矩信号，评估交互力的大小、方向与波动特性。静态力测量令机器人输出恒定力，记录传感器读数与设定值的偏差。动态力测量令机器人执行典型康复运动程序，分析力曲线的跟随性与超调。测力平台法则将机器人末端按压或牵引于固定式测力平台上，用于较大载荷条件下的合力测定，并与六维力传感器结果交叉验证。测量前完成传感器去耦标定，剔除各通道间串扰对读数的影响。

检测性能指标——重复性与精度评定

评定指标围绕准确度与一致性两个维度设置。运动方面定位精度、轨迹精度、轨迹重复性、速度偏差与速度波动，其中重复性反映同一条件下多次执行同一运动时结果的一致程度，精度反映实测值与指令值的偏离程度。力/力矩方面力控制精度、力矩控制精度、力重复性与交互力限值保持能力，重点核查设备在异常工况下能否将输出力限制在安全范围。数据处理一般采用多次测量取算术平均值与标准差的方式，按受试面的空间分布分别统计。评定时应给出各指标的不确定度说明，判定以制造商技术文件声称值与相关产品标准要求为准。

应用场景与判定标准

本项检测适用于康复训练机器人、代步助行装置、上肢与下肢康复机械臂等RACA类设备的设计验证、出厂检验、型式检验与使用中周期性核查。判定依据为产品技术文件、使用说明书声明的性能指标及医用电气设备与医用机器人相关通用安全标准中的性能条款。若实测定位精度、轨迹重复性或力控制精度超出声称允差，或交互力在异常条件下未限制于安全限值以内，应判定为不合格并给出不符合项说明。检测报告应记录测试工况、传感系统配置、原始数据与统计结果，供委托方据此评估设备可用性并安排必要的调整、再校准或维修。