微创外科手术机器人力检测技术研究现状综述

1

作者 王梁金 隋建波 王成勇 《工具技术》 北大核心 2025年第4期1-14,共14页

微创外科手术机器人力检测技术本质上是通过直接力检测和间接力检测等不同手段检测手术机器人与人体组织的交互力,并且保证力检测的精准度和人体安全性的一种信息收集、加工、处理技术。在外科医生利用微创外科手术机器人进行手术时,机... 微创外科手术机器人力检测技术本质上是通过直接力检测和间接力检测等不同手段检测手术机器人与人体组织的交互力,并且保证力检测的精准度和人体安全性的一种信息收集、加工、处理技术。在外科医生利用微创外科手术机器人进行手术时,机器人阻断了医生和患者的直接物理接触,医生没有直接感知患者组织的力觉信息,这可能会导致人体组织不必要的损伤,影响手术效果。因此,力检测技术在微创外科手术领域有巨大的潜力。为了将机器人与组织的交互力觉信息传递给医生,研究人员对各种力检测技术进行深入研究,并取得一定进展。本文针对微创手术机器人力检测相关的背景、作用和关键问题进行总结探讨,并详细介绍基于传感器的直接力检测、基于驱动元件输入信号的间接力检测和基于视觉辅助的间接力检测等力检测技术的研究现状,针对以上力检测技术进行优缺点总结和未来展望。 展开更多

关键词 力检测 微创外科手术机器人 微创手术 力传感

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基于观测器的微创机器人从操作臂零力控制方法

2

作者 桑宏强 路炜 +1 位作者 刘芬 黄芳 《控制工程》 北大核心 2025年第6期1065-1073,共9页

针对现有的微创外科手术机器人因从操作臂关节内部阻力和其自身重力而导致医生术前调整困难,且存在一定安全隐患的问题,提出了一种基于柔性关节动力学模型和龙伯格状态观测器的零力控制方法。首先,建立了包括摩擦和关节柔性在内的从操... 针对现有的微创外科手术机器人因从操作臂关节内部阻力和其自身重力而导致医生术前调整困难,且存在一定安全隐患的问题,提出了一种基于柔性关节动力学模型和龙伯格状态观测器的零力控制方法。首先,建立了包括摩擦和关节柔性在内的从操作臂动力学模型,通过最小二乘法辨识了动力学模型参数。其次,为快速准确获得关节速度和加速度,建立了柔性关节等效状态空间模型,并设计了龙伯格观测器。最后,进行了相应的仿真和零力控制助力调整实验,结果表明,所提出的零力控制方法有效,能够补偿调整过程中的大部分阻力,提高了术前调整效率,并保障了术前操作安全。 展开更多

关键词 微创手术机器人 龙伯格观测器 柔性关节 零力控制

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基于动量观测器的微创手术机器人外力安全研究

3

作者 刘芬 李海鹏 +1 位作者 贠今天 桑宏强 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第11期49-52,57,共5页

为了解决机器人辅助微创手术中现有力检测和力反馈技术在实际应用中存在的安装受限、系统不稳定等问题,提出了一种基于动量观测器的微创手术机器人外力安全保障策略。基于动力学模型构建了二阶广义动量观测器,用于观测从手末端执行器上... 为了解决机器人辅助微创手术中现有力检测和力反馈技术在实际应用中存在的安装受限、系统不稳定等问题,提出了一种基于动量观测器的微创手术机器人外力安全保障策略。基于动力学模型构建了二阶广义动量观测器,用于观测从手末端执行器上的外力信息。为提高外力观测精度,采用改进的Stri⁃beck摩擦模型并辨识了关节摩擦力矩参数。设计了外力安全保障策略,用于阻止从手末端执行器施加过大的外力。实验结果表明:所提出的外力安全保障策略能够控制从手末端执行器在设定的外力安全阈值内运动,进一步提高了机器人辅助微创手术的安全性。 展开更多

关键词 微创手术机器人 动量观测器 摩擦参数辨识

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变构型微创手术机器人系统设计与实现

4

作者 孔康 代迎凯 +1 位作者 杨英侃 苏赫 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期1030-1043,共14页

高性能微创手术机器人有利于实施复杂危难手术,推动微创外科实现高质量发展.在深入分析现有手术机器人特点和临床需求的基础上,提出了一种变构型微创手术机器人系统.基于刚柔混合结构设计了构型可变的手术操作臂,通过构型变换可实现工... 高性能微创手术机器人有利于实施复杂危难手术,推动微创外科实现高质量发展.在深入分析现有手术机器人特点和临床需求的基础上,提出了一种变构型微创手术机器人系统.基于刚柔混合结构设计了构型可变的手术操作臂,通过构型变换可实现工作空间的变换,从而提高操作臂的灵活性.手术操作臂采用丝传动结构,针对变曲率丝鞘传动下的张力和弹性伸长量等问题进行了分析,确定了开合关节的丝鞘传动特性.基于刚体和柔性关节运动学,分析了手术操作臂在不同构型下的工作空间,通过调整伸缩关节移动量,实现操作臂工作空间可变功能.此外,设计了与操作臂适配的主手操作臂,该主手配置有两个主从调节关节,以保证主手与从手腕点姿态的一致性.随后,解析了主手与从手关节量之间的映射关系,并建立了基于位姿分离的主从运动映射算法,从而确保了操作舒适性与精准性.最后,研制了物理样机,进行了大工作空间下的刚性测试实验、运动性能、主从运动性能与缝合操作性能评价实验,全面验证了所提出的手术机器人系统的可行性. 展开更多

关键词 微创手术机器人 操作臂 主从控制 实验研究

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腹腔微创手术机器人远程控制平台开发及实验 被引量：15

5

作者 王树新 刘玉亮 +2 位作者 李进华 李建民 杨瑞林 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CSCD 北大核心 2015年第12期1041-1049,共9页

机器人辅助远程手术是将微创手术机器人技术应用于远程诊疗,有助于解决我国医疗资源分布不均的现状.基于腹腔微创手术机器人技术及远程控制需求,搭建了远程控制平台.利用最新H.264视频编解码技术及高效视频压缩/解压缩设备解决图像传输... 机器人辅助远程手术是将微创手术机器人技术应用于远程诊疗,有助于解决我国医疗资源分布不均的现状.基于腹腔微创手术机器人技术及远程控制需求,搭建了远程控制平台.利用最新H.264视频编解码技术及高效视频压缩/解压缩设备解决图像传输延时问题,并采用TCP/IP传输协议与上位机校验机制相结合的方法,保证远程控制数据的准确性与可靠性.结合现有MicroHand微创手术机器人与已开发远程控制平台在北京和天津之间建成机器人辅助远程微创手术示范环境.在远程手术机器人系统集成基础上开展两地之间多个时段网络环境测试及远程套环实验.经测试,两地之间控制信号单向平均网络延时最大为12.3,ms,系统双向总延时最大为302.6,ms,数据包丢失比率最大为4.10%.套环实验表明,所开发远程控制平台具有较好的主从控制性能以及远程可操作性,可进一步开展远程手术系统开发. 展开更多

关键词 微创手术机器人 远程控制 TCP/IP 网络延时 套环实验

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用于微创外科手术机器人的多维力传感器解耦方法研究 被引量：28

6

作者 姚斌 张建勋 +1 位作者 代煜 孙会娇 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期147-153,共7页

在微创外科手术机器人系统中,力反馈功能的实现可以提高外科医生在手术中的灵活性,降低患者组织和器官损伤的风险。为实现手术过程中力的检测,设计了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的微创外科手术机器人多维力传感器并研究其解耦方法。该... 在微创外科手术机器人系统中,力反馈功能的实现可以提高外科医生在手术中的灵活性,降低患者组织和器官损伤的风险。为实现手术过程中力的检测,设计了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的微创外科手术机器人多维力传感器并研究其解耦方法。该多维力传感器由3条间隔120°的光纤布拉格光栅沿轴向粘贴于手术工具杆末端构成。首先在对传感器应力分析的基础上使用最小二乘法解耦,但由于装配等因素使传感器输入输出之间增加了非线性成分,因此使用前馈神经网络对多维力传感器进行非线性解耦。其次从理论和实验两方面分析了穿刺器的平移对解耦之后的力的影响。实验结果表明,前馈神经网络解耦多维力传感器的效果较好,3个相互垂直方向上的平均误差分别为0.05, 0.07和0.18 N;穿刺器平移后力检测的最大平均误差为0.036 N,可以忽略不计。设计的传感器、解耦方法以及对穿刺器平移影响的分析均具有很强的实用性。 展开更多

关键词 力传感器 光纤布拉格光栅 微创手术机器人 解耦

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紧凑型微创手术机器人的设计与实现 被引量：5

7

作者 孔康 王树新 +1 位作者 张淮锋 李建民 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CSCD 北大核心 2017年第11期1131-1139,共9页

紧凑型微创手术(MIS)机器人的开发对微创手术技术的推广具有重要意义.在深入分析造成da Vinci微创机器人体积庞大的原因的基础上,开发了一种紧凑型微创手术机器人系统.通过添加双被动关节的方式实现了机器人从操作手的紧凑设计,并提出... 紧凑型微创手术(MIS)机器人的开发对微创手术技术的推广具有重要意义.在深入分析造成da Vinci微创机器人体积庞大的原因的基础上,开发了一种紧凑型微创手术机器人系统.通过添加双被动关节的方式实现了机器人从操作手的紧凑设计,并提出了与该从操作手相匹配的运动支点预估算法;针对从操作手的应用需求,设计出一种具有末端自转功能的新型微创器械,该器械有助于降低机器人辅助微创手术的操作难度;结合器械的构型特点,设计了机器人主操手,并建立了微创机器人主从运动映射模型,解决了传统微创手术中存在的眼手运动不一致问题.利用所开发的系统样机进行了系列验证性实验以及动物实验,充分验证了所提出的微创手术机器人设计方案的可行性. 展开更多

关键词 微创手术机器人 紧凑设计 丝鞘传动 运动映射 实验研究

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微创手术机器人主从运动控制系统设计 被引量：8

8

作者 桑宏强 张文刚 刘芬 《控制工程》 CSCD 北大核心 2020年第4期715-721,共7页

为满足微创手术机器人对主从控制系统的实时性、易扩展性和通用性要求,开发了基于工业计算机和现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)控制器的运动控制系统。采用集中计算、分布控制结构,工业计算机作为主站完成主从... 为满足微创手术机器人对主从控制系统的实时性、易扩展性和通用性要求,开发了基于工业计算机和现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)控制器的运动控制系统。采用集中计算、分布控制结构,工业计算机作为主站完成主从臂的正逆运动学、主从映射和基于反向传播神经网络的PID控制算法,每个FPGA控制器作为从站可以控制4个有刷直流伺服电机,实现脉宽调制输出、电位器电压采集、编码器位置采集和速度反馈、数字输入和输出等功能。工业计算机和FPGA控制器采用Ethernet POWERLINK通讯。主从轨迹跟踪实验表明此控制系统是可行的,实现了控制系统的实时性、易扩展性和通用性,具有良好的稳定性和轨迹跟踪性能。 展开更多

关键词 微创手术机器人 运动学 主从运动控制系统 FPGA控制器 ETHERNET POWERLINK

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微创手术机器人远程监控系统设计 被引量：1

9

作者 吴应东 刁燕 徐建柱 《机械设计与制造》 北大核心 2012年第3期36-38,共3页

远程监控机器人系统能够实现远距离控制本地机器人。它在危险环境作业中具有不可替代的作用。同时在远程医疗中也具有相当广阔的应用前景。为了建立基于互联网的手术机器人远程监控系统,实现控制数据及视频画面的传输,利用Video for Win... 远程监控机器人系统能够实现远距离控制本地机器人。它在危险环境作业中具有不可替代的作用。同时在远程医疗中也具有相当广阔的应用前景。为了建立基于互联网的手术机器人远程监控系统,实现控制数据及视频画面的传输,利用Video for Window(sVFW)在机器人端捕捉摄像头视频信号,H.263算法完成视频信号压缩。信息的传送采用Visual Basic6.0的Winsock控件。详细介绍了远程控制结构和控制协议,以及通信两端软件基于Visual Basic6.0的实现。通过对自主设计的手术机器人实验表明,该远程监控方案是可行、有效的。最后展望了远程监控的发展趋势以及本系统需要改进的地方。 展开更多

关键词 微创手术机器人 远程监控 互联网

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主从式微创手术机器人主手结构设计及运动学分析 被引量：1

10

作者 贠今天 左鹏 《天津工业大学学报》 CAS 北大核心 2019年第2期73-81,共9页

为提高微创手术中从手端的执行精度和控制端力觉临场感的真实程度,利用反求设计方法设计了一种串联6+1自由度主手机械结构。根据变异设计方法,基于大、小臂内部闭环传动钢丝存在中心距过大的情形,采用刚柔结合传动结构,并对其进行理论... 为提高微创手术中从手端的执行精度和控制端力觉临场感的真实程度,利用反求设计方法设计了一种串联6+1自由度主手机械结构。根据变异设计方法,基于大、小臂内部闭环传动钢丝存在中心距过大的情形,采用刚柔结合传动结构,并对其进行理论推导和参数化分析;构建主手正运动学模型,运用Matlab和ADAMS进行联合仿真;并通过蒙特卡洛方法对主手实际运动空间与要求工作空间的三维对比云图进行仿真。结果表明:与纯钢丝传动结构相比,在给定8 N预紧力情形下,刚柔结合传动结构在传动行程内减小传动空回误差0.056 mm;由Matlab和ADAMS得到的主手运动轨迹基本重合,说明所构建的正运动模型正确,主手结构设计合理;主手运动空间完全满足微创手术的工作空间要求(准150 mm×250 mm)。 展开更多

关键词 主从式 微创手术机器人 主手 反求设计 刚柔结合 传动精度 正运动学模型 工作空间

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基于虚拟夹具的微创外科手术机器人运动约束研究 被引量：5

11

作者 梁科 王树新 +3 位作者 李建民 苏赫 卜逸凡 牛顺康 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CSCD 北大核心 2020年第4期331-340,共10页

机器人辅助微创外科手术(RMIS)技术能够显著提高外科医生对手术的执行能力.然而,现有的机器人主从遥操作模式下所存在的不足之处(如手眼协调性差、可视空间狭窄、力反馈信息的缺失等)容易导致医生产生过度操作而引起机器人执行机构的碰... 机器人辅助微创外科手术(RMIS)技术能够显著提高外科医生对手术的执行能力.然而,现有的机器人主从遥操作模式下所存在的不足之处(如手眼协调性差、可视空间狭窄、力反馈信息的缺失等)容易导致医生产生过度操作而引起机器人执行机构的碰撞干涉(包括机械臂之间的碰撞干涉及内窥镜杆与手术器械杆的碰撞干涉)和手术器械末端脱离手术视野,由此带来的安全性问题不容忽视.本文提出了一种基于虚拟夹具的微创外科手术机器人空间运动约束方法,以"MicroHand S"机器人系统作为应用平台,在进行机械臂构型及运动学分析的基础上,针对上述问题展开研究,通过构建碰撞干涉检测模型实时监测机器人执行机构之间及机器人与环境物体之间的相对距离,并设置相应的安全预警区域,采用人工势场与虚拟代理点相结合的方式对机器人执行机构的运动空间加以限制,从而达到对医生的操作动作进行合理的引导与约束,提高手术效率与操作安全性的目的.该方法无需构建复杂的几何模型,虚拟夹具的定义方便快捷,对于其他主从操作模式下的微创外科手术机器人系统及类似的人机交互环境具有普适意义.最终的虚拟仿真实验结果表明,在有、无虚拟夹具两种操作环境下,实验参与人员的表现有着明显的差异,从而验证了所提出方法的有效性. 展开更多

关键词 机器人辅助微创外科手术 碰撞干涉检测 虚拟夹具 人工势场 代理点

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成人继发孔型房间隔缺损机器人微创外科修补术和经导管介入封堵术的临床对比研究 被引量：5

12

作者 汪成 杨明 +4 位作者 肖苍松 王刚 王加利 申磊磊 高长青 《解放军医学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2016年第5期407-411,共5页

目的比较机器人微创外科手术与经导管介入封堵术治疗成人继发孔型房间缺损(ASD)的术后早期及近期随访结果,评估两种微创手术的安全性和有效性。方法选取2008年1月-2014年12月在解放军总医院接受机器人心脏不停跳ASD修补术的30例成年患... 目的比较机器人微创外科手术与经导管介入封堵术治疗成人继发孔型房间缺损(ASD)的术后早期及近期随访结果,评估两种微创手术的安全性和有效性。方法选取2008年1月-2014年12月在解放军总医院接受机器人心脏不停跳ASD修补术的30例成年患者作为机器人组(TEASD-R),并采取1:1配对原则,选取同期接受经导管介入封堵术的30例成年患者作为介入组(TIASD-O)。对比两组患者术后早期并发症、住院相关情况、术后近期随访结果、术后30d及6个月的生活质量。结果两组手术成功率均为100%。TEASD-R组无术后早期及近期并发症(残余分流、心包积液、外周血管栓塞及新发心律失常等),而TIASD-O组存在相应并发症,其中两组术后新发心律失常、术后早期右心房大小、三尖瓣关闭不全、肺动脉高压及住院时间等差异有统计学意义(P<0.05)。SF-36生活质量调查量表结果显示,两组术后30d躯体疼痛差异有统计学意义(P<0.05),术后6个月比较两组差异无统计学意义(P>0.05)。结论机器人微创ASD修补术后近期无三尖瓣关闭不全及肺动脉高压等并发症,安全性及有效性较好,适应证较广,但也存在手术时间及住院时间长等缺点。 展开更多

关键词 机器人微创手术 介入封堵术 房间隔缺损 继发孔型 手术后并发症 生活质量

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基于论文和专利的微创手术机器人领域研发现状及前沿热点分析 被引量：13

13

作者 刘龑龙 刘进长 +1 位作者 唐莉 史冬梅 《科学技术与工程》 北大核心 2022年第1期250-258,共9页

为全面了解微创手术机器人领域的研发现状,基于论文与专利数据,对全球微创手术机器人发文趋势、国家分布、前沿热点等进行分析。结果表明,在2011—2020年,微创手术机器人领域呈积极发展态势,论文和专利的数量均呈现增长趋势,尤其是在201... 为全面了解微创手术机器人领域的研发现状,基于论文与专利数据,对全球微创手术机器人发文趋势、国家分布、前沿热点等进行分析。结果表明,在2011—2020年,微创手术机器人领域呈积极发展态势,论文和专利的数量均呈现增长趋势,尤其是在2015年后发展势头增加。在国家分布上,美国在论文发表和专利申请数量中均为最多,远远高于其他各国;中国在论文和专利数量上排第二,但技术水平落后于发达国家;通过文献计量指标,意大利、英国、韩国在微创手术机器人方面均处于全球领先水平。从机构分布上来看,论文发表主体以高校及研究院所为主,技术创新主体以企业为主;美国的机构在论文发表和专利申请数量及影响力上占据绝对优势。基于高水平论文以及《专利合作条约》(Patent Cooperation Treaty,PCT)专利挖掘微创手术机器人领域的前沿热点,可以发现机械手与机械臂、控制方法与系统、图像处理等均是论文和专利的焦点;但论文数据在理论研究上更突出,尤其是深度学习算法在微创手术机器人方面的研究。 展开更多

关键词 微创手术机器人 文献计量 研究前沿 技术热点 研发现状

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微创手术机器人机械臂结构设计与工作空间分析 被引量：8

14

作者 李良敏 何超 +3 位作者 宋成利 袁帅 张志阳 陈力 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期40-46,共7页

目的现有双平行四边形机构设计的机械臂需要串联一个伸缩自由度机构,导致机械臂体积增大,运动灵活性降低,持镜臂与持器械臂发生干涉。针对这一问题,提出一种新型机械臂结构,增强运动灵活性、减小机械臂的体积。方法采用5连杆机构、滑块... 目的现有双平行四边形机构设计的机械臂需要串联一个伸缩自由度机构,导致机械臂体积增大,运动灵活性降低,持镜臂与持器械臂发生干涉。针对这一问题,提出一种新型机械臂结构,增强运动灵活性、减小机械臂的体积。方法采用5连杆机构、滑块与滑轨的低副机构和丝传动机构设计机械臂,实现末端执行器的伸缩运动,建立机械臂的运动学模型,以MATLAB为仿真工具验证零位关节角D-H参数的正确性,求解出机械臂的运动方程;同时运用蒙特卡洛算法,得到末端执行器的三维工作空间范围,并对3条机械臂作术前动物实验规划;最后,在猪体内进行胆囊切除等操作,验证机械臂的双5连杆2自由度设计的合理性和可操作性。结果蒙特卡洛算法在MATLAB环境下得到的工作空间范围为:-650.4 mm<x<649 mm,163.8 mm<y<1 202 mm,-254.6 mm<z<829.8 mm,并成功完成16例猪的胆囊切除实验,平均操作时间为51 min。结论新型设计的双5连杆2自由度机械臂在猪体内成功完成胆囊切除等操作,且猪术后无其他不良症状,机械臂之间的运动无干涉,充分验证了所提出的微创手术机器人机械臂设计方案的可行性。 展开更多

关键词 微创手术机器人 双5连杆机构 蒙特卡洛算法

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微创手术机器人丝传动器械的夹持力补偿模型 被引量：4

15

作者 苏赫 孔康 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CSCD 北大核心 2018年第5期453-459,共7页

稳定有效的手术器械夹持力输出是保证机器人辅助微创手术顺利完成的基本条件.为实现手术器械夹持力的稳定输出,有效提高微创手术(MIS)机器人手术操作质量,提出了一种基于夹持力预测的力补偿模型.在此基础上计算了器械不同姿态下的开合... 稳定有效的手术器械夹持力输出是保证机器人辅助微创手术顺利完成的基本条件.为实现手术器械夹持力的稳定输出,有效提高微创手术(MIS)机器人手术操作质量,提出了一种基于夹持力预测的力补偿模型.在此基础上计算了器械不同姿态下的开合关节驱动力矩的补偿量,利用该方法所构建的夹持力补偿模型可应用于对丝传动手术器械夹持力的输出控制中.该建模方法的优点是只需要用到姿态信息与夹持力信息两种数据,而无需考虑器械传动中间环节中的各种复杂因素对夹持力的影响.最后,通过基于样机系统的实验研究验证了所提出的微创手术机器人丝传动器械夹持力补偿建模方法的可行性. 展开更多

关键词 微创手术机器人 手术器械 夹持力 力补偿

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腹腔镜微创外科手术主从式机器人从手结构设计 被引量：2

16

作者 王淑敬 洪鹰 +1 位作者 王刚 肖瑞义 《组合机床与自动化加工技术》 2006年第2期26-28,共3页

腹腔镜微创外科手术作为微创手术的代表,是对传统开放性手术的一次重大变革;文章结合腹腔镜微创外科手术的特点和技术要点,对微创外科手术机器人的从手进行了结构设计。其中为实现U轴、V轴‘定点’摆动,采用了平行四杆机构;Z轴平移采用... 腹腔镜微创外科手术作为微创手术的代表,是对传统开放性手术的一次重大变革;文章结合腹腔镜微创外科手术的特点和技术要点,对微创外科手术机器人的从手进行了结构设计。其中为实现U轴、V轴‘定点’摆动,采用了平行四杆机构;Z轴平移采用了滚动丝杠机构,这样使得机构整体的重量小,刚度和精度都得到了保证。另外,所设计的机器人具有对称的双4自由度,操作灵活,能完全达到或超过医生直接操作所能达到的水平。为了方便手术时从手的定位和调节,设计了一个可调节的从手手术平台。 展开更多

关键词 腹腔镜微创外科手术机器人 从手 结构设计 手术平台

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某新型微创手术机器人运动控制系统的研发

17

作者 吉次自古 刁燕 陈章平 《机械设计与制造》 北大核心 2011年第6期183-185,共3页

以微创手术机器人运动控制系统的研发过程作为重点内容,从手术规划、机器人构型和控制系统等方面对某大学正在研制的某新型微创手术机器人进行了介绍,并就机器人控制策略的选择、如何建立微创手术机器人数学控制模型、控制系统硬件的组... 以微创手术机器人运动控制系统的研发过程作为重点内容,从手术规划、机器人构型和控制系统等方面对某大学正在研制的某新型微创手术机器人进行了介绍,并就机器人控制策略的选择、如何建立微创手术机器人数学控制模型、控制系统硬件的组建以及软件的开发过程都做了详细描述。采用了混联结构和基于计算力矩的控制策略的新型微创手术机器人,可实现点位控制和轨迹跟踪两种不同控制方式,能够在医生的操控下,完成一些简单的微创手术动作。 展开更多

关键词 微创手术机器人 控制策略 运动控制系统

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手术机器人面临的一大挑战——力触觉反馈 被引量：10

18

作者 郭松 杨明杰 谭军 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第4期499-503,共5页

机器人手术作为一种微创手术技术,由于其高度的精准性,已经得到了外科医生的广泛认可。但机器人手术最大的局限之一就是外科医生缺乏操作的"手感"(即力触觉反馈),增加了手术的不确定性和风险性,从而限制了手术机器人的进一步... 机器人手术作为一种微创手术技术,由于其高度的精准性,已经得到了外科医生的广泛认可。但机器人手术最大的局限之一就是外科医生缺乏操作的"手感"(即力触觉反馈),增加了手术的不确定性和风险性,从而限制了手术机器人的进一步发展。文中从手术机器人力触觉反馈系统的组成、关键技术、以及当前的研究现状等几个方面,对该反馈系统进行了综述。力触觉反馈包括力反馈与触觉反馈。该系统的实现依赖力触觉的传感与再现,本文介绍了常用的力触觉传感器、再现设备及感觉模拟技术,并分析了各项技术的优缺点。对力触觉反馈系统在手术机器人的研究进展进行了概述。在汇总以前研究的基础上,对相关研究做了展望。 展开更多

关键词 机器人辅助微创外科手术 力触觉反馈 力触觉传感器 力触觉再现

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机器人辅助实质器官手术的止血切割器械设计

19

作者 李建民 庞兴旺 +1 位作者 孔康 刘全达 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期230-238,共9页

由于实质器官内血管密布,利用特定能量将该类器官所需切割部位周围组织凝固是当前避免术中严重出血的重要途经.为实现灵活精准的凝固操作,将机器人技术与对组织的能量作用原理相结合,设计了一种可在微创条件下向实质器官实施能量作用的... 由于实质器官内血管密布,利用特定能量将该类器官所需切割部位周围组织凝固是当前避免术中严重出血的重要途经.为实现灵活精准的凝固操作,将机器人技术与对组织的能量作用原理相结合,设计了一种可在微创条件下向实质器官实施能量作用的新型机器人灵巧手术器械.该器械末端设计为若干操作针形式,并按正负极需求进行合理布局,使其可在组织内部形成能量回路,进而实现对组织的凝固操作.为提升操作的灵活性,在器械末端增加了偏转关节,结合器械本身自转及机器人从操作手的运动,可实现使操作针始终沿与组织表面垂直方向刺入的目标.操作针刺入并在能量发生器释放能量的同时,机器人能够控制操作针沿刺入方向做自动往复直线运动,以提升对组织的凝固效果并避免结痂.最后,利用性能实验和离体组织实验对该装置进行了验证,结果显示,器械的高频漏电流范围为5.47~8.31 mA;由专家对机器人下离体猪肝脏的模拟手术实验结果评估显示,机器人操作下的止血切割器械可有效实现对实质器官的凝固处理,验证了所设计手术器械的有效性. 展开更多

关键词 实质器官手术 微创外科手术机器人 止血切割器械 自动往复运动

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具有震颤抑制的微创机器人主从控制系统设计 被引量：5

20

作者 杨铖浩 桑宏强 +2 位作者 刘芬 贠今天 陈发 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2018年第1期235-239,263,共6页

详述了一种用于抑制微创手术机器人震颤现象的主从控制系统,提出了针对人手生理震颤的新型零相位滤波方法及针对从操作臂关节"粘滑行为"的前馈补偿PD伺服算法。新型零相位滤波避免了传统低通滤波器容易造成延时和传统零相位... 详述了一种用于抑制微创手术机器人震颤现象的主从控制系统,提出了针对人手生理震颤的新型零相位滤波方法及针对从操作臂关节"粘滑行为"的前馈补偿PD伺服算法。新型零相位滤波避免了传统低通滤波器容易造成延时和传统零相位滤波无法在线使用的缺点,前馈补偿PD伺服算法通过摩擦补偿克服了非线性摩擦对从操作臂运动造成的影响。最后,对系统进行仿真及实验,结果表明该方法能有效地抑制机器人手术工具末端的震颤现象。 展开更多

关键词 微创手术机器人 运动学 主从控制系统 零相位滤波 摩擦补偿

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