脊柱微创手术机器人速度场控制方法

nicholas

脊柱微创手术机器人速度场控制方法

脊柱微创手术机器人速度场控制方法.pdf (788.27 KB, 下载次数: 0)

2016-12-7 13:57 上传

点击文件名下载附件
下载积分: 金钱 -1

脊柱微创手术机器人速度场控制方法

宋国立1,2, 韩冰3, 赵忆文1, 韩建达1, 王争1, 杜惠斌1

1. 中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室，辽宁 沈阳 110016; 2. 中国科学院大学，北京 100049; 3. 东北大学，辽宁 沈阳 110819

Velocity Field Control Method of a Minimally Invasive Spine Surgical Robot

SONG Guoli1,2, HAN Bing3, ZHAO Yiwen1, HAN Jianda1, WANG Zheng1, DU Huibin1

1. State Key Laboratory of Robotics, Shenyang Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. Northeastern University, Shenyang 110819, China

摘要 在脊柱微创手术中医生徒手置钉的失误率较高，虽然机器人可以显著降低置钉的失误率，但是，手术环境的复杂性和不确定性，以及手术安全需求制约了机器人自动完成手术．本文通过建立手术空间速度场，设计速度场控制器，建立机器人运动学和动力学模型，完成机器人椎弓根螺钉自动植入的仿真和实验．相对于传统的时间轨迹控制，仿真实验验证了速度场控制方法在椎弓根螺钉自动植入过程中既能在扰动条件下保证手术轨迹的精确性又能避免对神经根的损伤．通过实验验证了速度场控制方法的可行性． 关键词 ： 脊柱手术,  手术机器人,  轨迹规划,  速度场控制    Abstract：The failure rate of implanting screws only by surgeon hands is high in minimally invasive spine surgery. It can be reduced significantly by adopting robots, however, the robot is restricted when completing the operation automatically because of the complexity and uncertainty of the surgical environment, as well as the safety requirements of the operation. By establishing the surgical space velocity field and designing velocity field controller, the kinematics and dynamics models of robot are developed to realize the simulation and experiment of implanting pedicle screws by the robot automatically. Compared with traditional time trajectory control, the advantages of velocity field control method in the process of implanting pedicle screw automatically are verified by the simulation test, in which the accuracy of operation trajectory is guaranteed and the damage to the nerve root is avoided under disturbance conditions. The experiment proves the feasibility of the velocity field control method. Key words： spine surgery           surgical robot           trajectory planning           velocity field control 收稿日期: 2016-01-20      出版日期: 2016-06-13 1: TP242 基金资助:国家自然科学基金（61333019） 通讯作者: 宋国立，songgl@sia.cn    E-mail: songgl@sia.cn 作者简介: 宋国立（1986-），男，博士生．研究领域：手术机器人控制方法． 韩冰（1988-），男，硕士生．研究领域：智能控制理论及应用． 赵忆文（1971-），男，博士，研究员．研究领域：特种机器人，医疗机器人，智能机器人技术，机器人自主控制． 引用本文:    宋国立, 韩冰, 赵忆文, 韩建达, 王争, 杜惠斌. 脊柱微创手术机器人速度场控制方法[J]. 机器人, 2016, 38(5): 603-611.         SONG Guoli, HAN Bing, ZHAO Yiwen, HAN Jianda, WANG Zheng, DU Huibin. Velocity Field Control Method of a Minimally Invasive Spine Surgical Robot. ROBOT, 2016, 38(5): 603-611.