微创手术机器人力感知器模拟信号处理电路的设计与解耦方法研究

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微创手术机器人广泛应用于医疗领域,提高了手术的质量,极大的拓展了医生的能力,代表着当今医疗服务的发展方向。但是目前应用的微创手术机器人不具备临场力感知功能,力信息的缺失导致医生需要经过长期训练才能够进行手术操作,极易导致医疗事故的发生。   本文针对上述问题,结合项目自行研制的多自由度微创手术机器人,对从操作手力感知器模拟信号部分进行了研究。主要内容包括:⑴结合微创手术机器人的特点,对从操作手杆件进行了应力分析。在应力分析的基础上,使用应变片在杆件末端建立应变片桥,实时提取杆件力信息。对提取的信号进行量化计算,为硬件电路的设计提供数据方面的依据。⑵设计了基于双数字电位器的微模拟信号处理电路,将应变片桥输出的微变电压放大为可以数字化的标准电压信号。针对外部环境的电磁干扰,从硬件对信号进行了初步的隔离与滤波。对设计的硬件电路相关性能进行了实验测定。⑶使用CCS编程控制电路中的数字电位器,从初始化平衡调节和量程扩展两个方面实现对信号的实时监测与控制。针对从操作手杆件各轴力信息耦合情况,在采集有效数据的基础上,通过最小二乘法标定矩阵的方式对三维力信息进行分析与解耦。以上工作是项目组研制的腹腔微创手术机器人力反馈系统的一部分,这部分功能主要通过机器人系统的工作过程表现出来。
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