具有微力感知的眼科手术器械的设计与实现

针对眼内显微手术过程中器械与组织器官之间作用力微小、不易感知,且过大的操作力会造成组织损伤甚至撕裂等问题,设计一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的微力传感器。在建立FBG反馈波长变化与力的关系基础上,探讨了温度对波长变化的影响,提出了温度补偿方法。利用自行研制的微力传感器标定系统进行传感器标定试验(精度0.42 mN)。将所研制的微力传感器集成到眼内手术镊末端,对离体猪眼球进行了连续环形撕囊操作试验。通过对19组数据分析,得到最大撕囊力的平均值为22.43 mN。研究对眼科手术的精准操作和手术机器人进行微力控制奠定了基础。     

基于多点力约束的视网膜手术机器人的导纳控制

在视网膜血管注药手术中,手术器械与眼球巩膜刺入孔和视网膜目标血管处产生接触.为保证手术过程中这两处组织的受力在安全阈值内,提出了一种基于多点接触力的机器人约束控制算法.以手术器械轴部与眼球巩膜的接触力(巩膜力)和器械尖端与视网膜血管的接触力(尖端力)为输入,设计了机器人的导纳控制器.导纳控制器输出机器人坐标系下器械尖端...     

机器人在眼科手术中的应用及研究进展

首先分析了典型的眼科手术操作,提出了眼科机器人设计的一般要求.然后,从机器人系统和手术器械两方面出发,介绍了国内外眼科机器人的研究进展.最后,总结了当前眼科机器人系统的关键技术,包括眼组织生物力学分析、机构设计、多维信息传感以及精密运动控制技术,并分析了发展趋势.     

眼科手术器械操作黏弹性组织的导纳控制方法

基于广义Maxwell黏弹性模型建立手术器械与眼组织之间的黏弹性接触模型,并通过力松弛实验对接触模型的参数进行辨识.进而在此基础上提出一种导纳控制方法,通过控制手术器械的位移实现对接触力的控制.该方法将传统的导纳控制器替换为比例-积分(PI)控制器,从而将黏弹性接触模型中的理想微分环节替换为1阶微分环节.替换后,在低频段,尤其是频率趋近于0时的幅频响应可得到提升并保持稳定,从而避免幅频响应过低导致的接触力衰减.通过对离体猪眼球进行力控制实验验证了该控制方法的有效性.实验结果表明,阶跃力平均误差约为4.6％,响应时间约为2.5 s,无明显超调,并可实现一定频率的正弦力输出.阶跃力输出精度可以满足机器人辅助眼科手术的要求.