六维力传感器在医学中的应用



  •     力信息作为五种感官中触觉的重要反馈信息,日常生活中的各种生活活动都是离不开力的,力在工业或医学中同样扮演者重要的作用。在工业中,磨抛、铣削、钻孔等一些列的加工过程中,力信息都可以在一定的程度上反馈出接触面的加工状态,因此我们可以根据反馈的力信息,对加工过程进行控制,因而达到更好的加工效果。而在医学中,目前已经在微创手术及康复机器人等得到了有效的应用。
        1.微创手术已经被广大患者和医疗行业认可,相对于传统的外科手术其带来的局部创伤更小,也带来更短的恢复周期。但相应的医生的操作空间受限,因此处于对医疗行业的需求,微创手术机器人在满足基本的末端执行器的基础上,加入更多的自由度,以补足小创口引入的运动限制。手术机器人都具有一定的主动控制结构,而力反馈在手术机器人中就形成了一些领域的必备条件,也是科研领域的一个重要方向。
        一般在手术机器人上将六维力传感器安装于手柄末端,要求施力范围在0.03N~3N之间,并且精度在0.03N以上,控制系统频率在1000Hz以上,以满足力反馈的实时性。通过感知医生在主端控制器上施加的力和力矩,使得医生有一种拿着手术器械进行直接操作一样,这样能够有效的减小手部抖动,稳定控制机构。同时能够减少长时间的手术带来的疲劳,提升手术安全性。
        2.康复机器人关键是合理的结构,适合人的运动特点,其次是了解人体的运动状态模型,帮助机器人实现估计规划和自适应控制,因此生物反馈控制技术和人与机器人之间的合作控制技术是提高康复训练机器人性能的关键。
        康复机器人又可以进一步分为外骨骼机器人和非外骨骼机器人,非外骨骼机器人即只提供单触点式的操作,康复人员手接触机器人末端,力传感器感受到外部力后进行相应的动作,但是此种康复机器人康复功能较为单一,多为固定轨迹上的康复运动;而外骨骼康复机器人多是模仿正常人类躯干在自由空间里的运动学特性制造的,其一般为多个电机驱动的高自由度的外骨骼系统,可以同时对多个关节进行康复训练,外骨骼式康复机器人可以根据人的躯干肢体反馈的力信息进行运动,而不必根据固定的离线变成轨迹进行运动,极大的提高了康复效果。但为了保护操作人员的安全,其多为进行力、速度、范围等多种限制。
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  • 感觉这个好有趣,而且应用范围会非常广,感谢师兄分享~
    不过请问师兄,这个六维指的就是六个自由度上的(三个平移的力和三个旋转的力矩?)吗?