未来骨科医工融合—文献集萃（十九）基于主从双臂手术机器人的视网膜手术视野重定位

发布日期： 2025-01-13 13:50:09 阅读量： 3

肖烨（西安交通大学）

摘要

在眼科手术中，重新调整视网膜视野是一种常见的做法，通过旋转眼球来检查病变区域。对于远程操作手术机器人来说，这可能是一项具有挑战性的任务，因为与传统手术相比，它需要高精度的手部协调。目前的眼科手术机器人主要设计有一对一的标测模式，需要外科医生用两只手进行操作。本文提出了一种单主双从控制方法，以提高从属机器人的协调性。首先，分析了从臂之间的运动约束;为了求解主从映射的运动方程，该文实现了 Gauss-Newton 迭代，实现了实时运动协调。其次，采用自适应阻抗控制，确保末端执行器与巩膜之间的接触力在阈值内，防止眼球拉伸和压缩。最后，通过固定轨迹和自由轨迹实验，在已建立的眼科手术机器人平台上验证了所提方法的有效性和实用性。

方法

本文提出了一种主从式和双臂式眼科手术机器人在主从模式下完成视网膜视野对准任务的方法，分析了视网膜视野重定位任务的要求和难点，介绍了一种单主双从机器人的控制策略。利用主从映射原理，在两种运动约束下，通过高斯-牛顿迭代完成从机器人的实时轨迹规划。针对运动学误差、环境误差和运动不协调导致的过大相互作用力，提出了自适应阻抗控制方法。在双臂手术机器人上进行了实验，验证了该方法的有效性和实用性。

总结

针对眼科手术中通过旋转眼球重新调整视网膜区域，本文研究了一种单主双从机器人完成任务的控制策略，该策略也可广泛应用于其他手术任务。所提出的方法包括三个必要的步骤。首先，利用主机器人传输到从机器人 1 的运动信息生成沿眼球表面移动的轨迹。其次，基于从属机器人 1 的轨迹，应用高斯-牛顿迭代计算从属机器人 2 的轨迹；最后，提出了一种自适应阻抗控制来控制视网膜视野重新排列过程中手术器械和巩膜之间的相互作用力。设计了固定轨迹和自由轨迹的实验，验证了所提方法的有效性和实用性。通过帮助外科医生专注于使用一只手（惯用手）来完成双臂协作任务，旨在有效降低两只手协同操作的难度。此外，本文为如何提高双臂机器人在远程手术中的协调性提供了未来的参考。

创新点

1)为了满足手术安全性和实时性的要求，提出了一种新的眼科手术机器人视网膜视野调整策略。

2)提出了单主双从控制策略，通过帮助外科医生集中使用一只手(优势手)来完成双臂合作任务。