柔性微创手术机器人性能实验验证

辅助胸腺腔微创手术的新型机器人系统作为主刀医生的“第三只手”，用于替代助手把持内窥镜和牵拉组织，可以辅助主刀医生独立完成手术。

柔性手术器械具有高自由度，可以灵活地调整位姿，非常适合在狭窄的工作空间中执行手术任务。但冗余自由度会增加其运动学解算难度。

吉林大学机械与航天工程学院的冯美老师团队从力平衡的角度，提出了一种具有恒定曲率的柔性手术器械的结构，可以快速精确响应指令，满足实时手术的主从控制要求。

为了验证该柔性手术器械在精细操作下的性能，研究人员进行了原型机实验验证。实验中医生主手控制器械在目标位置抓取圆环，如图所示。

冯美老师团队采用NOKOV度量动作捕捉系统实时获取主手（医生控制）和从动手术器械的运动轨迹信息作为实验结果，将反光标志点分别固定在主手和器械的末端执行器上。

主手和仪器分别沿 x、y 和 z 方向的位置运动轨迹。实验得出柔性手术器械在 x、y 和 z 方向的预期和实际轨迹的 RMSE 分别为 0.498、0.399和 0.051。证明了该手术器械机构可以很好地在主从操作下进行精细操作。

冯美老师团队所提出的这种运动学求解方法，不受机械结构的限制，它可以应用于拥有恒定曲率弯曲的任何柔性器械。同时，这一柔性手术器械，有效地提高了手术操作精度和灵活度。该研究成果论文被2021 ICRA所发表。

参考文献：[1] Feng,M., Ni, Z.X., Li, A., Lu, X. and Fu, Y.L. (2021), Master manipulatoroptimisation for robot assisted minimally invasive surgery. Int J Med Robot,17: e2208. 

原文链接： https://doi.org/10.1002/rcs.2208