机器人手术中的智能力传感利用背部的电机力
Storm Chabot1, Koen Schouten1, Bart Van Straten1
1Department of BioMechanical Engineering, Delft University of Technology, 2628 CD Delft, The Netherlands.
Sensors (Basel, Switzerland)
|February 13, 2025
概括
这项研究开发了一个用于机器人辅助手术的智能SATA驱动器 (SSD),使用背电机力 (背EMF) 来估计工具-组织力. 这种方法对腹腔镜仪器中低成本的强力反有希望.
科学领域:
- 机器人技术 机器人技术 机器人技术
- 手术技术 手术技术
- 生物医学工程 生物医学工程
背景情况:
- 机器人辅助手术需要精确的力传感,以确保安全性和有效性.
- 目前的腹腔镜机器人系统面临着传感器灭菌和成本方面的挑战.
- 先进的腹腔镜机器人系统 (AdLap RS) 使用可重复使用的轴驱动尖端关节 (SATA) 仪器,但它们的驱动器使绝育复杂化.
研究的目的:
- 在新型智能SATA驱动器 (SSD) 中开发和验证步进电机中的智能传感,使用背向电机力 (背向EMF).
- 消除了对腹腔镜仪器无菌环境中的传感器的需求.
- 为了实现一种低成本的方法来估计机器人辅助手术中的工具-组织力量.
主要方法:
- 步进驱动器与具有StallGuard技术的TMC2209集成电路集成,以测量EMF.
- 在达到设置的StallGuard值之前,进行了尖端激活,并进行了相应的尖端力测量.
- 使用功率序列模型的回归分析被用来评估StallGuard值和倾斜力之间的相关性.
主要成果:
- 智能SATA驱动器 (SSD) 证明了能够施加从2.4N到8.2N的尖端力的能力.
- 在StallGuard值和测量的尖端力之间观察到强烈的相关性 (R-平方 = 0.95).
- 根的平均平方误差被确定为0.4N,表明准确度很好.
结论:
- 背部EMF方法显示了在机器人辅助手术中提供力反的巨大潜力.
- 开发的系统提供了一个有前途的,低成本的方法来检测机动车间和估计力量没有in-situ传感器.
- 为了实现准确的实时力反,还需要在电机稳定性和背部EMF建模方面取得进一步的进展.
