经典案例
柔性微创手术机器人性能实验验证
吉林大学机械与航天工程学院
手术机器人、微创手术
医生主手、手术机器人

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。

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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。

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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。

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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. https://doi.org/10.1002/rcs.2208


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