摘要：手术探针末端的接触力反馈是保障手术安全性的重要因素之一。本文针对穿刺手术探针末端三维力测量的需求,研究了基于核极限学习机(KELM)神经网络的光纤传感微创手术探针末端三维力测量方法。首先,设计了可植入光纤传感器的手术探针结构,将4根光纤布拉格光栅(FBG)传感器植入探针中,其中3根FBG用于力测量,1根FBG用于温度补偿。接着通过分析探针应力和应变之间的关系,建立了基于FBG的探针三维力传感模型。同时为了消除温度变化对光纤传感器的交叉影响,研究了光纤传感温度补偿方法。最后,为了验证本文所研究测量方法的有效性,对植入光纤光栅的探针进行了温度标定,并分别在常温和变温环境下进行了三维力测量。实验结果表明:KELM网络测量结果在常温环境下X、Y、Z方向上平均测量误差为0.22%、0.99%、0.65%;在20℃~40℃的变温环境下,X、Y、Z方向上平均测量误差分别为1.32%、1.03%、2%,本文所研究的KELM神经网络末端三维力测量方法具有较小的测量误差,在手术机器人力反馈领域有广阔的应用前景。

摘要：阐述了一种三维空间力传感器的设计.这种三维空间力传感器由德国HBM公司的普通力传感器构建而成.利用线性内插方法,可以通过一个校准特性场来获得所要测量的力,而这个校准特性场则是采用线性回归方法计算出来的.有限元法仿真的结果、三维激光斑纹测量结果以及经过优化的应变片测量结果表明,所构建的传感器能够有效地测量三维空间力.此外,仿真结果还表明,该三维空间力传感器可以采用现成的元器件来实现,而对这些元器件只需进行少量的改动;并且,新构建的三维力传感器的特性仍然是线性的.

摘要：提出了基于气浮测力的力矢量测量方法,设计了一维气浮测力模型和气浮式力矢量测量平台模型,推导得出了空间力矢量的求解公式,研制了气浮式空间力矢量测量平台样机。实验结果表明:沿坐标轴方向加载时,其他坐标轴方向测量值均为零,这表明气浮式测力平台测力时不存在维间耦合现象。三维空间内力矢量测量误差结果如下:力的相对误差为0.2%,力的方向误差为0.5°,作用在气浮平台上力的作用点位置坐标误差为±0.05mm。