**技術副標：**S04 雙 PSM 避碰與器械交會
**證據邊界：**工程模擬｜剛性替代模型｜非臨床證據

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**觀看重點：**比較避碰守衛關閉與開啟時的器械間隙，再觀察守衛啟動後，兩支器械是否仍能完成原定路徑。

「太近就停」聽起來簡單，實際上有兩個問題

在微創手術情境中，兩支器械可能從不同的 port 進入同一個工作區域，並在畫面外發生交會。這裡的 PSM 是 Patient Side Manipulator 的縮寫，用來表示病人端器械操作臂的角色，不代表本篇使用特定廠牌的手術機器人。

若系統只靠畫面判斷，等操作者看到兩支器械接近時，可能已經太晚。因此，控制系統通常需要一個避碰守衛：持續計算兩支器械之間的距離，太近時就停止或讓路。

可是，「太近」到底是多少？設成 5 mm，停止命令發出後，器械可能因原有速度繼續滑行而碰撞；設成 200 mm，系統又可能過度保守，讓兩支器械幾乎無法同時工作。

本篇只回答一個問題：如何從器械的接近速度與驅動特性推導避碰門檻，並驗證它真的能阻止幾何交會？

停止命令發出後，器械不會立刻停住

可以把避碰守衛想成道路上的煞車系統。駕駛踩下煞車，不代表車輛在同一瞬間停止；真正需要的安全距離，取決於當下速度與煞停距離。

機械臂也一樣。本專案的位置型驅動使用固定時間常數 τ = 0.15 s。當停止命令發出後，器械仍會沿原方向滑行一小段，近似為：

滑行距離 ≈ 當下接近速度 × 驅動時間常數

這個比喻只用來說明停止需要距離；真實器械還會受到控制器、機構彈性、網路延遲、摩擦、接觸與量測雜訊影響，本篇沒有建立完整實體模型。

在正式測試前，專案先使用不進入評估的設計 seed 量測兩支器械的接近速度。最大值為 209.2 mm/s，乘上 0.15 s，得到約 31.4 mm 的預估滑行距離。再加入安全係數後，停止門檻設定為 60 mm；間隙恢復到 70 mm 才重新前進，避免系統在門檻附近反覆啟停。

有避碰守衛，還需要沒有守衛的對照組

每個 seed 都使用同一組軌跡執行兩次：

1. **對照段：**關閉避碰守衛，觀察兩支器械是否發生幾何交會。
2. **處置段：**開啟守衛，在間隙小於 60 mm 時停止兩臂，之後讓優先權較低的 B 臂沿原路後退。

本篇沒有模擬器械接觸力。兩支器械軸也沒有碰撞體，因此可以在模擬中互相穿過。這裡的「碰撞」是幾何定義：當兩條器械軸線的最短距離小於兩倍軸半徑，也就是 8 mm，就判定發生交會。

這代表本篇驗證的是幾何避碰邏輯，不是器械碰撞後的力、變形或組織傷害。

第一次執行失敗，因為量測窗包含了不同動作

第一次執行時，煞停模型誤差為 13.845 mm，超過 10 mm 門檻。進一步檢查後發現，問題不在門檻，也不在煞停模型，而在量測方法。

原本的量測窗從守衛觸發一路算到系統恢復，中間同時包含兩個階段：前 0.5 秒是兩臂停止，之後 B 臂開始後退。但 B 臂沿原路後退，不一定代表它真的遠離 A 臂；在部分幾何位置，後退反而讓間隙繼續縮小。

因此，原本指標把「停止後滑行」與「後退讓路」混在一起，量到的不是單純煞停距離。修正方式是只量兩臂都被凍結的 0.5 秒。門檻沒有改，第一次執行的資料也完整保留，再使用互斥 seed 重跑。

這個案例提醒我：安全機制本身可以正確，但如果量測窗沒有清楚定義，仍會得到錯誤結論。

本篇只看這個核心結果

對照段有 14 個 seed 發生幾何交會；守衛開啟後，30 個 seed 都沒有交會。其他重要結果包括：

• 幾何交會預測一致率為 28／30，約 0.9333，高於 0.90 門檻。
• 煞停模型最大誤差為 2.404 mm，低於 10 mm 門檻。
• 守衛啟動後的最小間隙為 34.96 mm。
• 沒有守衛時，最小間隙為 −7.02 mm，代表幾何上已互相穿過。

這些結果支持：60 mm 門檻不是反覆嘗試後調出來，而是由接近速度與驅動時間常數推導，並在本篇模擬條件下阻止了幾何交會。

零碰撞的代價，是大部分任務沒有完成

如果只看碰撞次數，這個守衛似乎成功。但 30 個 seed 中，只有 1 個完成全部巡覽；其餘 29 個 seed 的 B 臂都沒有走完原定路徑，最長還剩 337.7 mm。

原因是本篇守衛只會停止與沿原路後退，不會重新規畫替代路徑。它把「碰撞」轉換成「停滯」，並沒有完整解決雙臂協作問題。

因此判定是有限度通過：安全側的幾何守衛成立，但任務可用性尚未成立。下一步需要的是能理解當下幾何關係的重新規畫，而不是只依固定優先權後退。

初學者可以帶走的三個判斷

1. 避碰門檻應由速度、延遲與煞停距離推導，不能只憑經驗設定。
2. 零碰撞不一定代表系統可用，也可能是因為機械臂完全不敢繼續動。
3. 評估安全機制時，除了看危害是否避免，也要檢查任務是否仍能完成。

本篇使用無雜訊、無延遲的關節姿態，沒有接觸力、操作者行為或即時重規畫。34.96 mm 是本模擬環境的幾何餘裕，不是臨床安全距離。下一篇會處理另一種問題：當鏡頭失去有效資訊時，器械還留在 port 裡，系統如何在看不見的情況下退回？