工具中心点角对机器人皮层骨过程中钻孔性能的影响

科学领域:

• 手术中的机器人
• 生物机械工程
• 骨科手术

背景情况:

• 皮层骨孔对于骨科手术至关重要, 影响螺丝固定和手术结果.
• 机器人辅助钻探 (RAD) 提供了提高精度的潜力,但需要优化工具定向等参数.
• 了解机器人系统在骨钻探过程中的动态行为对于提高准确性和减少并发症至关重要.

研究的目的:

• 研究不同工具中心点 (TCP) 角度对皮层骨钻孔精度和准确性的影响.
• 分析骨钻过程中不同机器人配置的动态特征和振动.
• 评估TCP角度优化对钻井性能指标和孔质量的影响.

主要方法:

• 使用六轴机器人实现各种工具中心点 (TCP) 角度和机器人姿势进行皮质骨钻.
• 进行实验模态分析以确定不同配置的自然频率和阻尼比率.
• 测量了螺杆位移以量化钻探振动,并对皮质骨样本进行了钻探实验.

主要成果:

• 确定了特定的TCP角度配置,可显著降低钻井振动.
• 钻探扭矩平均降低了20.77%,分层系数 (DF) 降低了7.42%.
• 证明了TCP角度选择,减少振动和改善孔质量之间的相关性.

结论:

• 工具中心点 (TCP) 角度的选择是影响机器人辅助皮质骨手术中钻孔性能和孔质量的关键因素.
• 在机器人辅助钻井 (RAD) 中,优化TCP角度控制可以减少扭矩,最小化分层,并潜在地强化螺丝骨固定.
• 这些发现强调了考虑角度参数对于提高机器人系统在骨科手术中的有效性和安全性的重要性.