报告网讯，2025年，医疗设备智能化浪潮持续推进，手术无影灯行业作为手术室核心照明设备，正从传统手动调节向全自动、协同化方向转型。当前，超过85%的三级医院已开始试点智能无影灯系统，其中双臂协同类型因能有效解决手术中阴影遮挡与无菌环境破坏问题，市场占比预计在2025年底突破40%。在这一趋势下，针对无影灯的运动控制算法优化、临床场景适配性提升成为行业技术研发的核心方向，相关技术突破不仅能降低医护人员操作负担，更能将手术中光照调节的响应速度提升3倍以上，为精准手术提供关键支持。以下是2025年无影灯行业趋势分析。
一、智能双臂无影灯系统的整体架构与核心构成
智能双臂无影灯系统采用两个五自由度串联关节机械臂搭建，整体呈现对称结构，基座固定于手术室天花板，灯头安装在机械臂末端，通过控制机械臂末端位姿可实现无影灯灯头位置与光束方向的灵活调整。该系统由两大核心子系统组成，分别是基于双目视觉的检测系统和机械臂运动控制系统。
《2022-2027年全球及中国无影灯行业市场现状调研及发展前景分析报告》指出，双目视觉检测系统在术前可完成手术部位的识别与定位，手术过程中能实时识别遮挡物及照明阴影，为无影灯的轨迹规划和运动控制提供精准数据依据;机械臂运动控制系统则承担双臂协同运动控制的核心功能，确保无影灯灯头能在手术台上方空间任意位置以任意姿态悬停，光束照射范围可完全覆盖整个手术台，同时保障两灯头在协同作业中不发生碰撞。
系统采用主从式协同控制方法，当需要调整无影灯照射位姿时，先由视觉系统检测手术区域遮挡情况，判断光源调整需求并确定两灯头约束配合关系;随后运动控制系统规划主机械臂运动轨迹，依据双臂末端约束关系计算从臂期望轨迹;最后通过机器人运动学逆解控制双臂关节角，实现两灯头位姿协同调控，使光斑精准聚焦于目标手术区域。
二、无影灯系统的运动学建模：D-H 方法构建参数化模型
为实现对智能双臂无影灯系统的精准控制，需建立科学的运动学模型。系统中每个机械臂包含 5 个旋转关节，采用 D-H(Denavit-Hartenberg)方法对双臂结构进行参数化描述，构建系统基础坐标系、双臂基坐标系及各关节坐标系。在双臂基座处分别建立主臂基坐标系与从臂基坐标系，在两基座对称中心建立无影灯系统基础坐标系，双臂基坐标系相对于系统坐标系仅存在沿 x 轴方向的平移。其中，R 是末端关节相对于机械臂基坐标系的姿态旋转矩阵，由法向矢量 n、方位矢量 o 和接近矢量 a 表示;P 是关节相对于基坐标系的位移矩阵，由位移矢量 p 表示。通过正向运动学方程，可计算出无影灯灯头的位姿，实现对机械臂的运动控制。
三、无影灯系统协同运动的位姿约束机制：适配两种临床光照场景
智能双臂无影灯系统与单臂系统的核心差异在于两灯头间存在实时约束关系，一个灯头动作变化时，另一个灯头需同步调整以配合完成照射任务。针对临床中两种主要光照场景，即交叉聚焦照射和主从补光照射，需建立对应的双臂协同运动位姿约束机制，这是实现无影灯系统协同控制的关键。
(一)交叉聚焦照射场景下的无影灯位姿约束
交叉聚焦照射要求两个无影灯灯头的光束在手术区域交叉，形成重叠光斑以确保均匀照明，适用于术中光斑移动场景。该场景下，两灯头需保持固定约束，确保光束交叉形成的光斑具有恒定照度和大小，且在光斑移动过程中仅调整灯头空间位置，灯头姿态保持不变。
设主、从机械臂末端坐标系分别为 MT、ST，主、副灯头中心坐标系为 ML、SL，光斑中心位置坐标系为 FO。调节过程中，双臂末端保持相对静止，即双臂末端工具坐标系与光斑位置中心坐标系之间不发生相对运动，可假设两个机械臂末端和光斑被一个刚性物体连接，形成完整约束的闭链系统来描述双臂末端约束关系。
光斑中心坐标系 FO 相对于双臂系统基坐标系的齐次变换矩阵可通过主臂和从臂的坐标变换分别计算得出，联立相关等式可得到双臂末端之间的位姿约束方程。在协同运动过程中，从臂末端相对于系统基坐标系的变换矩阵满足特定关系，依据主臂末端的时变齐次变换矩阵，可得到从臂末端的齐次变换矩阵，再结合运动学逆解，即可确定从臂各关节的角度，实现两灯头的协同运动。
(二)主从补光照射场景下的无影灯位姿约束
主从补光照射场景中，主无影灯灯头直接照射手术区域中心，当出现遮挡时，副灯头从周边进行补光以消除阴影。该场景下，主灯头保持位置不变，副灯头围绕主灯头以倾斜角度进行圆弧运动，根据遮挡产生的方位调整照射角度和位置，两灯头呈现相对运动趋势，双臂末端与光斑区域形成不完全封闭的半闭链系统。
两灯头的相对运动趋势可通过灯头中心坐标系的齐次变换矩阵描述，其具体参数取决于主灯和遮挡物的空间位置。副灯头中心相对系统基坐标系的变换矩阵沿着主灯所在机械臂通路满足特定关系，确定副灯头相对于主灯头位姿的相对运动趋势后，依据主机械臂末端的时变齐次变换矩阵，可得到从臂末端相对于系统基坐标系的约束矩阵。
将约束矩阵展开为齐次矩阵形式，可得到从臂末端相对于双臂系统基坐标系的位置和姿态约束关系，通过该关系能精准控制副灯头按照主灯头和遮挡位置解算出的运动约束完成协同运动，确保阴影得到有效消除。
四、无影灯系统的协同运动规划：轨迹规划与碰撞检测双保障
无影灯系统的协同运动规划包含轨迹规划和碰撞检测两大核心目标。轨迹规划需根据协同照射任务要求，计算出无影灯行业灯头从初始位姿到目标位姿的最优路径，确保机械臂平稳柔顺地到达目标位置;碰撞检测则需对规划出的轨迹点进行实时检测，确保轨迹无重叠部分，同时通过灯头间距离判断是否会发生碰撞，保障手术安全。
