用于微创外科手术的遥控机器人系统研究现状及趋势.pdf

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1、第uw卷第v期机器人∂²¯quwo²qvΡΟΒΟΤussu年x月¤¼oussu文章编号}tssu2swwykussulsv2su{v2syΞ用于微创外科手术的遥控机器人系统研究现状及趋势刘少强黄惟一王爱民宋爱国k东南大学仪器科学与工程系南京utss

2、yl摘要}用于微创外科手术k¬±¬°¤¯¯¼±√¤¶¬√¨≥∏µª¨µ¼简称≥l的主从式遥控机器人系统是医疗中的≥技术与遥操作技术的结合o本文主要对具有力觉临场感的比率遥控机器人用于≥时的控制特点要求和控制理论技术的研究现状进行了综述o强调了用于≥和用于生物工程!微机械等领域的遥控机器人系统在控制上的异同o对用于≥的比率遥控机器人系统控制中有待

3、研究的一些关键问题提出了见解q关键词}比率遥控机器人~微创外科手术~控制中图分类号}×°uw文献标识码}ΟςΕΡςΙΕΩΟΦΤΗΕΣΤΑΤΕΟΦΑΡΤΣΟΝΧΟΝΤΡΟΛΟΦΣΧΑΛΕΔΤΕΛΕΜΑΝΙΠΥΛΑΤΕΔΣΨΣΤΕΜΦΟΡΜΙΝΙΜΑΛΛΨΙΝςΑΣΙςΕΣΥΡΓΕΡΨ≥«¤²2´¬¤±ª•¨¬2¼¬•¬2°¬±≥¬2ª∏²kΔεπαρτμεντοφΙνστρυμεντΣχιενχεανδΕνγινεερινγoΣουτηεαστΥνιϖερσιτψoΝανϕινγutss

4、ylΑβστραχτ}¤¶·¨µ2¶¯¤√¨·¨¯¨µ²¥²·¬¦¶¼¶·¨°©²µ°¬±¬°¤¯¯¼¬

5、±√¤¶¬√¨¶∏µª¨µ¼¬¶·«¨¦²°¥¬±¤·¬²±²©≥·¨¦«±²¯²ª¬¨¶¬±°¨§¬¦¬±¨¤±§·¨¯¨°¤±¬³∏¯¤·¬²±·¨¦«±²¯²ª¬¨¶qƒ²¦∏¶¨§²±·«¨¶¦¤¯¨§·¨¯¨°¤±¬³∏¯¤·¨§¶¼¶·¨°º¬·«©²µ¦¨·¨¯¨³µ¨¶2¨±¦¨©²µ≥o·«¬¶³¤³¨µ²√¨µ√¬¨º¶·«¨¶·¤·¨²©¤µ·¶²©·«¨µ¨´∏¬µ¨°¨±·¶¤±§·¨¦«±²¯²ª¼²©¦²±·µ²¯q׫¨§¬¶·¬±¦·¬²±²©¦²±·µ²¯¬¶¬°³²¶¬±ª¯¼§¨°²±¶·µ¤·¨§¥¨·º¨¨±·«¨¶¦¤¯¨§·¨¯¨°¤±¬³∏

6、¯·¨§¶¼¶·¨°©²µ≥¤±§·«¤·©²µ¥¬²¨±ª¬±¨¨µ¬±ª¤±§°¬¦µ²2°¨¦«¤±¬¦¤¯¶¼¶·¨°q≥²°¨¬°³²µ·¤±·¬¶¶∏¨¶·²¶·∏§¼¬±·«¨©∏·∏µ¨¤µ¨§¬¶¦∏¶¶¨§qΚεψωορδσ}¶¦¤¯¨§·¨¯¨°¤±¬³∏¯¤·¨§¶¼¶·¨°o°¬±¬°¤¯¯¼¬±√¤¶¬√¨¶∏µª¨µ¼o¦²±·µ²¯1引言kΙντροδυχτιονl来已成功地应用于一般外科手术中q目前遥控机器人在医疗和生物工程等非传统领域中已显示出良好主从式遥控机器人是指在人的操纵下o能在人的应用前景≈t∗v q难以接近!无法进入或对人体有害的环境中完成比比

7、率遥控机器人k¶¦¤¯¨§·¨¯¨°¤±¬³∏¯¤·²µl或称较复杂操作的一种远距离操作系统q受现有技术水宏2微遥控机器人是由人在符合人体工作尺度的宏观平限制o目前能使用的遥控机器人在上述的大部分世界操作机器人主手来控制在微小尺度下的机器人环境中都是通过人工参与o借助于人的智能和经验从手o利用所获得的视觉!力觉等信息o通过双向力来完成复杂环境下的作业q临场感技术是将机器人反馈o借助人的技能去实现人不能或难以直接精确与环境交互作用信息k视觉!力觉!触觉等l实时反馈完成的精细操作o例如生物医学工程中的微操作o微到本地操作者处o使操作者产生身临其境的感受o从机械的装配等q同时还可进一步实现远程操

8、作q而实现对机械手带感觉的控制q它是遥控机器人完微创外科手术k≥l技术兴起于{s年代q它是成接触性任务的保证q随着机器人高新技术的发展o外科医生在病人身体上开两或三个小孔kt¦°左其应用已不再限于传统的制造业o而进入到了其它右lo一个用于插入内窥镜o另一个或两个用于插入领域q例如遥控机器人作为一种辅助医疗器械近年Ξ基金项目}国家教育部博士点基金项目o国家教育部骨干教师资助项目q收稿日期}usstpsyptvu{w机器人ussu年x月细长的手术工具q医生通过监视器观察插于病人体目前先进的计算机辅助三维影像技术和机器人内的工具端部运动来进行相对简单的外科手术q与辅助定位系统已经实验证明可满足对

9、视觉的要求o普通打开式手术相比o由于使手术对健康组织的创而正在发展的虚拟现实技术将更有助于医生的操伤最小化o≥能减少病人的痛苦o减小伤口感染的作q灵活而精确的遥控工具并提供自然的力反馈感风险o缩短术后恢复时间o减小疤痕o节省开支q通过觉则是对机器人系统性能的要求q对机器人运动性使用内窥镜和变型的工具o≥很快被应用到各种能基本的定性要求主要有如下几点}≠主手到从手外科手术中≈w∗y 为缩小的运动比率q≥是微外科技术中的一个