用于机器人手术的直观脚-机接口开发

人机接口对于外科机器人系统的主从控制至关重要，现有系统提供由外科医生双手遥操作的两条机械臂的控制。为减少对手术助手的需求并增强手术灵活性，近来有人提出使用如第三条臂般的机器人，其可无缝、独立于自然臂进行控制，并与之协同工作。本报告将通过实现机械手术臂的脚控来开发并研究这一概念。本报告提出了一种新颖的被动触觉脚-机接口系统并分析了其性能。该接口采用带有弹簧和力传感器的并串混联结构，可直观控制具有四个自由度(dof)的从机械臂。弹性等长设计使用户能够准确且自适应地控制接口系统，其扩大的传感范围打破了踏板尺寸的物理限制。我们识别出一个受试者特定(独立成分分析，ICA)模型，用于将外科医生的脚部运动映射为从机械臂的运动学参数。为验证系统并评估其所能提供的性能，10名受试者进行了操控该脚-机接口系统完成多种运动的实验。利用这些实验数据，建立并验证了映射模型。对不同映射模型进行了比较与分析，证明ICA算法明显优于其他方法。