【摘 要】
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医疗外科机器人是目前机器人研究中的一个热点.力觉主手是实现人机交互的重要接口,是构建主从医疗遥操作机器人系统的关键设备.医生不仅能够通过主手实时感受到手术的真实的
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医疗外科机器人是目前机器人研究中的一个热点.力觉主手是实现人机交互的重要接口,是构建主从医疗遥操作机器人系统的关键设备.医生不仅能够通过主手实时感受到手术的真实的力觉,而且可以随时的干预手术.保证手术安全可靠的完成.该课题是国家863计划"遥操作辅助正骨医疗机器人系统"的一部分.在查阅大量文献的基础上,围绕着自行研制开发的新型机构的并联主手,开展了关于其控制系统的设计研制,及有关技术问题的研究.该文在对提出的主手机构进行分析的基础上,实现了对主手机构相关运动学问题求解,使用速度叠加的方法推导出了机构雅可比矩阵,并应用于控制算法解算.六维力/力矩传感器是主手控制系统实现的关键部件,其决定着主手控制系统质量.因此,文中采用静态非线性解藕的方法对六维力/力矩传感器进行了标定,求解出了标定矩阵,并在此基础上对六维力/力矩传感器进行了测试和分析,得到了六维力/力矩传感器静态和动态性能指标.通过对各种控制方案的分析比较,采用基于位置环的力控制思想构建了主手控制系统,设计了控制算法,并从硬件和软件两个方面实现了主手控制系统,完成了主手控制系统的制作,安装和调试.其硬件主要由位置伺服系统和六维力/力矩数据采集控制系统组成;软件是在基于Windows 2000操作系统的用Visual C++6.0平台上编制成的.为了验证其控制系统的可行性,构建了主从操作虚拟实验系统.通过力觉主手控制虚拟从动机器人模拟医疗正骨手术实现牵引运动任务,并纪录此过程的双向力等数据,分析了试验结果,初步验证了控制系统的可行性.
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