机械工程学报 ›› 2018, Vol. 54 ›› Issue (17): 62-68.doi: 10.3901/JME.2018.17.062
• 特邀专栏:精准微创手术器械创成与制造基础 • 上一篇 下一篇
凌颢1, 王国慧1, 李政1, 李建民2, 易波1, 孔康2, 王树新2, 朱晒红1
收稿日期:
2018-01-09
修回日期:
2018-05-30
出版日期:
2018-09-05
发布日期:
2018-09-05
通讯作者:
朱晒红(通信作者),男,1964年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为手术机器人界面、映射关系与能量平台、生物安全性。E-mail:shzhu@mail.cus.edu.cn
作者简介:
凌颢,女,1988年出生,博士研究生。主要研究方向为国产手术机器人。E-mail:jolene_ling@163.com
基金资助:
LING Hao1, WANG Guohui1, LI Zheng1, LI Jianming2, YI Bo1, KONG Kang2, WANG Shuxin2, ZHU Shaihong1
Received:
2018-01-09
Revised:
2018-05-30
Online:
2018-09-05
Published:
2018-09-05
摘要: 采用拉格朗日方程和Stribeck摩擦模型,根据便携式手术机器人主手的杆件重力、各关节摩擦力、惯性力对术者真实力感知的影响,建立了含关节摩擦力的动力学模型。基于机器人主手动力学模型,分别建立重力、摩擦力和惯性力三项的补偿模型,通过分析机器人主手力补偿反馈和附加位移的产生原因及补偿原理,提出了相应的补偿反馈力和附加位移补偿方法。通过对初步研究结果进行对比试验,验证该力补偿控制方法可用以平衡主手因自身所带的重力、关节摩擦力和惯性力产生的影响,最终实现术者真实的力感知,提高手术操作精准性。
中图分类号:
凌颢, 王国慧, 李政, 李建民, 易波, 孔康, 王树新, 朱晒红. 便携式手术机器人主手附加力位移补偿方法研究[J]. 机械工程学报, 2018, 54(17): 62-68.
LING Hao, WANG Guohui, LI Zheng, LI Jianming, YI Bo, KONG Kang, WANG Shuxin, ZHU Shaihong. Compensation Method of Main Force Additional Force of Portable Surgical[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2018, 54(17): 62-68.
[1] SUN Yinshan,WU Dongmei,DU Zhijiang,et al. An effective algorithm for needle tip displacement compensation in robot-assisted percutaneous surgery[J]. High Technology Letters,2010,16(3):306-310. [2] 钱欢,周航飞,费健,等. 多关节单创口腹腔微创手术机器人设计[J]. 机械设计与制造,2014(5):134-137. QIAN Huan,ZHOU Hangfei,FEI Jian,et al. The multi-joint and single-wound abdominal minimally invasive surgery robot design[J]. Machinery Design & Manufacture,2014(5):134-137. [3] 孔祥战,段星光,王永贵,等. 颌骨重建手术机器人定位精度分析与误差补偿[J]. 北京理工大学学报,2016(12):1248-1252. KONG Xiangzhan,DUAN Xingguang,WANG Yonggui,et al. Positioning accuracy analysis and error compensation of medical robot assisted for man[J]. Transaction of Beijing Institute of Technology,2016(12):1248-1252. [4] MURTY P V. Error compensation algorithm for patient positioning robotics system[C]//Nanosensors,Biosensors,and Info-Tech Sensors and Systems. Nanosensors,Biosensors,and Info-Tech Sensors and Systems 2009,2009:72910P-72910-12. [5] 付宜利,李坤,潘博,等. 微创手术机器人力检测与力反馈技术研究现状[J]. 机器人,2014,36(1):117-128. FU Yili,LI Kun,PAN Bo,et al. A survey of force sensing and force feedback technology for robot-assisted minimally invasive surgical system[J]. Robot,2014,36(1):117-128. [6] KWARTOWITZ D M,HERRELL S D,GALLOWAY R L. Toward image-guided robotic surgery:Determining intrinsic accuracy of the da Vinci robot[J]. International Journal of Computer Assisted Radiology & Surgery,2006,1(3):157-165. [7] 杨文明. 具有力感觉的通用型手术机器人主手精度问题研究[D]. 天津:天津大学,2008. YANG Wenming. Research on the precision of universal surgical master hand with force sense[D]. Tianjin:Tianjin University,2008. [8] MELINTE O,MUNTEAUU R,GAL I A,et al. Compensating dynamics of impedance haptic devices using neural networks[C]//International Symposium on Advanced Topics in Electrical Engineering,IEEE,2013:1-6. [9] 贠今天,刘阳阳,杨全利,等. 力反馈主操作手附加力的补偿策略研究[J]. 中国机械工程,2017,28(10):1156-1162. YUN Jintian,LIU Yangyang,YANG Quanli,et al. Research on compensation strategy for induced forces of force feedback master manipulators[J]. China Mechanical Engineering,2017,28(10):1156-1162. [10] 桑宏强. 基于模型的微创手术机器人力检测技术研究[D]. 天津:天津大学,2011. SANG Hongqiang. Research on force measurement technology based on model in minimally invasive surgery robot[D]. Tianjin:Tianjin University,2011. [11] BUTNARIU S,GIRBACIA F. Methodology for the identification of needles trajectories in robotic brachytherapy procedure using VR technology[J]. Applied Mechanics & Materials,2013,332(332):503-508. [12] BERKELMAN P,MA J. A compact modular teleoperated robotic system for laparoscopic surgery[M]. Sage Publications,Inc.,2009. [13] TAKHMAR A,POLUSHIN I G,TALASAZ A,et al. Cooperative teleoperation with projection-based force reflection for MIS[J]. IEEE Transactions on Control Systems Technology,2014,23(4):1411-1426. [14] LI Jianmin,XING Yuan,LIANG Ke,et al. Kinematic design of a novel spatial remote center-of-motion mechanism for minimally invasive surgical robot[J]. Journal of Medical Devices,2015(9):1-8 |
[1] | 曹恩国, 徐祺, 沈峰岑, 胡伟峰. 多运动复合型被动式下肢外骨骼设计及其智能交互评估[J]. 机械工程学报, 2023, 59(11): 43-53. |
[2] | 吴锦辉, 张德权, 韩旭. 工业机器人参数容差稳健性设计[J]. 机械工程学报, 2023, 59(11): 147-158. |
[3] | 向红标, 陈卓, 刘霁莹, 宋阳, 张冕, 王收军. 磁控微型软体四足水下机器人双模式运动特性的仿真与试验[J]. 机械工程学报, 2023, 59(11): 179-188. |
[4] | 陈咏华, 孙振国, 张文, 陈强. 爬壁机器人焊缝高效修形技术研究[J]. 机械工程学报, 2023, 59(9): 12-19. |
[5] | 田宇, 王洪波, 刘颖, 杜家正, 牛建业. 一种食指康复外骨骼机器人设计与分析[J]. 机械工程学报, 2023, 59(9): 40-50. |
[6] | 高靖松, 金弘哲, 朱延河, 高良, 吕红亚, 赵杰, 蔡鹤皋. 基于非线性弹簧模型的轮腿自平衡机器人跳跃算法研究[J]. 机械工程学报, 2023, 59(9): 51-62. |
[7] | 李洋, 冯适意, 朱德良, 郭士杰, 宋元昊, 田倩倩. 面向移乘护理的冗余双臂机器人行为安全控制[J]. 机械工程学报, 2023, 59(9): 76-89. |
[8] | 郑湃, 李成熙, 殷悦, 张荣, 鲍劲松, 王柏村, 谢海波, 王力翚. 增强现实辅助的互认知人机安全交互系统[J]. 机械工程学报, 2023, 59(6): 173-184. |
[9] | 马吉良, 彭军, 郭艳婕, 陈雪峰. 爬壁机器人研究现状及发展趋势[J]. 机械工程学报, 2023, 59(5): 11-28. |
[10] | 莫小娟, 葛文杰, 任逸飞, 赵东来, 魏敦文. 基于起跳稳定性的仿蝗虫八杆跳跃机器人设计[J]. 机械工程学报, 2023, 59(5): 41-52. |
[11] | 周健, 郑联语, 樊伟, 张学鑫, 曹彦生. 工业机器人定位误差在线自适应补偿[J]. 机械工程学报, 2023, 59(5): 53-66. |
[12] | 赵京, 周振勇, 张自强. 冗余度机械臂的自运动流形计算及关节轨迹规划[J]. 机械工程学报, 2023, 59(5): 77-88. |
[13] | 向红标, 杨大虎, 杨璐, 王收军, 张冕, 黄显, 霍文星. 复杂环境下磁弹性微型游泳机器人的路径规划与识别跟踪[J]. 机械工程学报, 2023, 59(5): 89-99. |
[14] | 王汝贵, 董奕辰, 陈辉庆. 一种变胞式工业机器人时间最优轨迹规划[J]. 机械工程学报, 2023, 59(5): 100-111. |
[15] | 李特, 崔博尧, 刘海波, 李峪锌, 张国庆, 曾繁练, 王永青. 磁致变刚度原理的气动软体致动器设计与试验[J]. 机械工程学报, 2023, 59(3): 1-12. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||