具备多模态力感知的触觉镊子：迈向任务自主手术

许多机器人手术系统已采用微型镊子进行组织操控。然而，这些系统往往缺乏工具端的力感知，操控力依赖外科医生的视觉感知进行粗略估计与控制。为应对该挑战，我们提出一种基于视觉的模块，以实现微型镊子的多模态力感知。我们提出了一种适配常见微型镊子的微型感知模块，由柔性件、相机和定制靶标组成。柔性件的形变通过相机估计顶端靶标的位姿变化获得。随后，利用柔性件的位移和刚度矩阵计算施加于感知模块的外力。将该感知模块集成至镊子，并结合近端单轴力传感器，我们使镊子具备触觉感知能力。推导了数学方程以估计该触觉镊子的多模态力感知，包括推/拉力（模式 I）和抓取力（模式 II）。在仿体及离体组织上进行了一系列实验以验证所提设计与方法的可行性。结果表明，该触觉镊子可有效实现多模态力估计，并有望在受力控制下实现自主机器人组织抓取操作。展示实验的视频见 https://youtu.be/pi9bqSkwCFQ。