一种具有工具重力补偿功能的机械臂力控牵引方法

作     者：李宁 孟繁乐 曾柏伟 丁辉 王广志 LI Ning;MENG Fanle;ZENG Bowei;DING Hui;WANG Guangzhi

作者机构：清华大学医学院生物医学工程系北京100084 

基　　金：国家科技支撑项目(2012BAI16B03) 国家自然科学基金(81127003) 清华大学资助科研项目资助 

出 版 物：《北京生物医学工程》 (Beijing Biomedical Engineering)

年 卷 期：2017年第36卷第1期

页      码：1-8页

摘      要：目的本文根据多自由度机械臂在外科手术、康复训练中与操作人员进行实时力位交互的需求,设计了一种具有工具重力补偿功能的机械臂力控牵引方法。方法首先通过安装在机械臂末端的六自由度力传感器检测作用在末端工具上的牵引力,然后应用上位机中的力-位与力-速控制算法将力信息转化为机械臂末端预期位姿偏移量并更新机械臂末端运动速度,进而控制机械臂沿受力方向运动。本文进一步提出一种末端工具重力补偿算法,能够有效补偿机械臂末端工具重力在力传感器上的偏差值。结果实验模拟无框架立体定向手术的患者注册环节,在无牵引力作用时上位机补偿后的外力值控制在±0.2N以内,最大力控循环采样率30Hz,最大系统延迟52ms。结论通过牵引力控制能够方便地对机械臂实现力控牵引摆位及运动过程中的紧急避障,重力补偿效果明显。

主 题 词：串联型机械臂 机械臂控制 力控牵引 紧急避障 重力补偿 

学科分类：0831[工学-公安技术类] 08[工学] 0836[0836] 

D　O　I：10.3969/j.issn.1002-3208.2017.01.01

馆 藏 号：203215702...