基于虚拟夹具的手术机器人导纳控制安全策略

论文摘要

针对人机协同手术全过程中医生不正确操作以及手术空间复杂性所导致的潜在安全问题,提出基于虚拟夹具的导纳控制安全策略.该策略针对人机协同手术中拖动引导阶段、精准定位阶段以及手术操作阶段的特点,结合导纳控制原理,分别设计了管道虚拟夹具、圆锥体虚拟夹具以及基于人工势场的禁止型虚拟夹具模型.在自主研发的手术机器人上模拟关节置换手术进行相应的实验验证,结果表明管道虚拟夹具可以在一定范围内有效地辅助机器人沿着轨迹运动;圆锥体虚拟夹具可以有效地减小医生拖动机器人时的定位误差,其定位误差为0.23 mm;禁止型虚拟夹具可以有效地避免机器人越过手术区域,从而保证机器人手术操作的安全.

论文目录

• 1 引言（Introduction）
• 2 问题描述（Problem description）
• 3 虚拟夹具的基本原理及其在导纳控制上的应用（Basic principle of virtual fixtures and its application to admittance control）
•   3.1 基于虚拟夹具的导纳控制原理
•   3.2 引导型虚拟夹具
•     3.2.1 管道引导
•     3.2.2 圆锥体引导
•   3.3 基于人工势场的禁止型虚拟夹具
• 4 基于虚拟夹具的导纳控制实验（Experiment of the admittance control based on virtual fixtures）
•   4.1 实验平台
•   4.2 实验过程
•     4.2.1 管道虚拟夹具实验
•     4.2.2 圆锥体虚拟夹具实验
•     4.2.3 禁止型虚拟夹具实验
•   4.3 实验结果
•     4.3.1 管道虚拟夹具实验结果
•     4.3.2 圆锥体虚拟夹具实验结果
•     4.3.3 禁止型虚拟夹具实验结果
•   4.4 结果分析
• 5 结论（Conclusions）

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 唐宇存,张建法,武帅,孙凤龙,匡绍龙,孙立宁

关键词: 虚拟夹具,导纳控制,手术机器人,人机协同,关节置换手术

来源: 机器人 2019年06期

年度: 2019

分类: 信息科技,工程科技Ⅱ辑

专业: 自动化技术

单位: 苏州大学机电工程学院,上海电气集团股份有限公司中央研究院

基金: 国家自然科学基金(U1713218,61375090),国家863计划(2015AA043204)

分类号: TP242

DOI: 10.13973/j.cnki.robot.190025

页码: 842-848

总页数: 7

文件大小: 3625K

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