基于绳张力的微器械手指测力系统关键技术研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:troy0215
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在微创外科手术中,力觉发挥着重要的作用,可以为医生提供组织刚度、肿瘤位置等信息,防止医生用力过度对正常组织造成损害,在进行一些精细操作时可令医生施加合适的作用力。然而,现有微创手术机器人在克服微创手术诸多不足,为医生提供巨大帮助的同时,却令医生丧失了与患者组织之间接触时产生的交互作用力信息。本文主要以微器械手指力检测为研究对象,旨在探索一款基于绳张力的微器械手指测力系统,为微创外科手术机器人的力反馈系统提供力信号。首先,通过深入分析微器械手指测力系统的构成,对其进行结构设计。完成微器械手指、指尖受力加载平台、导绳轮组安装平台和传感器及电机安装平台的设计,构建总体装配模型,并建立测力系统机械本体。运用D-H法建立微器械手指运动学模型,应用Matlab软件Simulink工具箱,搭建SimMechanics仿真模型,验证手指正逆运动学模型的正确性。其次,基于“PC+运动控制卡”上下位机相结合的结构,对控制系统进行设计。选择合适的硬件,搭建机械本体的控制系统。在LabVIEW开发环境下编写控制系统软件程序,实现测力系统数据采集和手指运动控制功能。然后,研制测力系统实验样机。利用该实验样机,设计零漂实验、回程误差实验和手指的三维触碰力检测实验,获取微器械手指在空间不同位姿下的手指触碰力、电机伸长量及驱动手指运动的钢丝绳拉力,并对实验原测数据进行归一化处理。最后,结合实验数据,设计测力系统的神经网络模型。基于改进的BP和RBF算法分别建立神经网络模型,并对其进行分析比较,选出较为合理的模型加载到LabVIEW工作空间中,实现测力系统的在线检测。
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