机器人辅助腹腔镜手术中半主动关节插入端口减重控制

简介

在机器人辅助的腹腔镜手术中,由于机器人远程运动中心和插入端口错位或在手术过程中作用在钳尖上的外力使患者腹壁插入端口上存在负荷,这不仅会加重患者身体承受的压力,还会增加钳与套管针之间的摩擦力,对手术的精细操作和估计力的准确性造成不利影响。为减少机器人在手术中对插入端口产生的负荷,提出一种对半主动关节外科辅助机器人手臂的控制方法。该控制方法可在自行研制的六自由度气动驱动垂直多关节机器人臂上实现控制,该臂上有一个仅执行力矩控制的两轴框架关节(两个半主动关节),并通过实验进行了验证。通过在半主动关节上施加力矩控制以补偿钳子上的外力来减少在插入端口上的负载。构造了一个包含干扰补偿器的控制系统,并通过对受插入端口约束的钳子施加外力进行了速度控制实验。结果表明,钳头所受外力为0 N和3 N时,通过半主动关节补偿扭矩,插入端口负载分别减少65%和52%。