Abstract
In this paper, a medical forceps system with tactile and force feedback ability desired by surgical robots is developed. Bilateral teleoperation systems can decompose into the common and the differential modes in acceleration based controller. The force servoing is attained in the common mode and the position error is regulated in the differential mode. In order to consider the conformity of force with position, the force servoing and the position regulator are integrated in the acceleration. The acceleration based controller is realized by using the disturbance observer. The disturbance observer makes a motion system to be an acceleration control system.
In this paper, two eva luation indices of bilateral teleoperation are defined by analyzing 4ch matrix; ‘‘reproducibility’’ and ‘‘operationality’’. The forceps realizes wide frequency response for high force reproducibility. The experimental results show the viability of the proposed design and analysis methods.
摘要
本文提出醫(yī)學(xué)鉗子系統(tǒng)的觸覺(jué)、力反饋能力與醫(yī)療外科機(jī)器人的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。雙邊遠(yuǎn)程遙控操作系統(tǒng)可以分解成基于加速度控制器的普通模式和差動(dòng)模式。在普通模式下獲得伺服力，在差動(dòng)模式下控制位置誤差?？紤]到力和位置的一致性，將力的伺服系統(tǒng)和位置調(diào)節(jié)器整合到了加速器中。利用擾動(dòng)觀測(cè)器實(shí)現(xiàn)了基于控制器的加速器。擾動(dòng)觀測(cè)器系統(tǒng)使運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)成為一個(gè)加速度控制系統(tǒng)。
在本文中，通過(guò)對(duì)4ch模型的分析，定義了雙邊遙操作系統(tǒng)的兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)：“再現(xiàn)性”和“運(yùn)作模式”。觸覺(jué)鉗在大量的重復(fù)中實(shí)現(xiàn)了寬頻帶的響應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了該設(shè)計(jì)和分析方法的可行性。
1. 引言
多媒體技術(shù)作為一種全新的方式在人類的通信中使用。人們通過(guò)耳朵獲得音頻或聲音信息，通過(guò)用眼睛獲得圖像和視頻信息。信息的人工采集與傳輸是傳統(tǒng)的通信工程的基本技術(shù)。觸覺(jué)或力的傳遞需遵守牛頓定律在現(xiàn)實(shí)世界的反應(yīng)。觸覺(jué)信息的再現(xiàn)不容許時(shí)間延遲。此外,為了獲得生動(dòng)的感覺(jué)，觸覺(jué)信息應(yīng)該具有寬帶寬。為了獲得觸覺(jué)信息,同步和互動(dòng)性是非常重要的。換句話說(shuō),觸覺(jué)信息是一種雙邊環(huán)境信息。一種獲得,傳送和再現(xiàn)觸覺(jué)信息的系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)需要新通訊設(shè)備的應(yīng)用。近年來(lái),在醫(yī)學(xué)治療領(lǐng)域強(qiáng)力期待這一反饋系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。微創(chuàng)手術(shù)(MIS)已經(jīng)關(guān)注了這一領(lǐng)域大約10年的時(shí)間。微創(chuàng)手術(shù)(MIS)十分重視病人的生活質(zhì)量(QOL)。特別是,因?yàn)橐粋€(gè)內(nèi)窺鏡手術(shù)優(yōu)于舊的手術(shù),它對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的影響非常大。
醫(yī)療遙操作機(jī)器人是一種新型的方法涉及到輔助醫(yī)學(xué)醫(yī)療程序，在偏遠(yuǎn)地區(qū)使用遙控機(jī)器人診斷，這一方法在醫(yī)療行業(yè)獲得了重大利益。例如,1998年Intuitive Surgica發(fā)布了名為“達(dá)芬奇”的一個(gè)機(jī)器人手術(shù)器械。達(dá)芬奇是用于臨床試驗(yàn);但是并沒(méi)有觸覺(jué)反饋。操作者只能通過(guò)視覺(jué)反饋獲得相關(guān)信息。目前這種缺少觸覺(jué)反饋的主人-奴隸式的機(jī)械手潛在許多風(fēng)險(xiǎn)。在各個(gè)領(lǐng)域的手術(shù)中觸覺(jué)是非常重要的。
為了從遠(yuǎn)程環(huán)境中獲得觸覺(jué)反饋，現(xiàn)在有許多關(guān)于雙邊控制的研究。設(shè)計(jì)雙