通过脊椎软组织合模型和参数优化控制机器人手术系统的脚钻力控制
Guangming Xia1, Zifeng Jiang2, Yu Dai1
1Institute of Robotics and Automatic Information Systems, Tianjin Key Laboratory of Intelligent Robotics, Nankai University, Tianjin, 300350, China.
Computers in biology and medicine
|December 23, 2023
概括
这项研究增强了骨科机器人的力量控制,以便在脊柱融合中进行更安全的骨钻. 新方法实现了精确的力应用,降低了手术风险并改善了结果.
科学领域:
- 整形外科手术 整形外科手术
- 机器人技术 机器人技术 机器人技术
- 生物力学 生物力学
背景情况:
- 精确的力量控制对于在脊柱融合手术期间安全钻孔骨至关重要.
- 骨科机器人需要增强强力伺服器性能,以实现自动骨钻操作.
研究的目的:
- 为了提高骨科机器人在自动骨钻过程中的强力伺服性能.
- 通过精确的力量控制,确保脊柱融合手术的外科安全.
主要方法:
- 开发了脊柱软组织合运动的分析模型.
- 使用应力放松试验力数据对模型进行校准.
- 执行钻探力控制模拟以优化控制器参数.
- 分析了闭环控制系统的动态和稳定性.
- 在力量控制模式下进行骨钻试验.
主要成果:
- 在阶段钻孔力响应中达到0.15N以下的稳定状态误差.
- 保持了不到3%的相对控制误差,没有显著的超越力.
- 证明了广泛的控制带宽 (高达3.49rad/s),幅度衰减最小.
- 通过实验验证验证拟议方法的有效性.
结论:
- 拟议的方法为自动骨钻提供了快速和安全的力量伺服控制.
- 增强的力量控制有助于改善骨科手术的安全性和精度.
- 这一进步支持开发更复杂的机器人手术系统.
