用于远程手术的机械臂

电信技术的最新进展使外科医生能够利用机器人技术对患者进行远程手术。本文介绍了使用机械臂进行远程手术的研究与测试。该机械臂设计具有四个自由度，可追踪外科医生前臂的 x、y、z 位置和旋转角度 {\theta}。该系统主要由两个子系统组成，即检测系统和执行系统。检测系统使用红外发光二极管、逆反射手环和两个红外摄像头，共同确定外科医生前臂的坐标。执行系统（即机械臂）基于丝杠机制，末端执行器最大速度可达 0.28 m/s，步距角为 1.5 度/步。红外检测和编码器分辨率分别低于 0.6 mm/pixel 和 0.4 mm，确保了机械臂能够精确操作。外科医生可以通过显示计算机上的图形用户界面监控患者。对丝杠系统进行了建模并与实验结果进行了比较。该系统使用在 dSpace 控制单元上实现的简单比例 - 积分（PI）控制方案进行控制。控制设计实现了小于 0.5 s 的上升时间、小于 1 mm 的稳态误差和小于 1.4 s 的调节时间。由于机械臂的惯性效应，系统在长时间运行中累积了约 4 mm 的误差。结果表明，作为一种相对廉价的解决方案，该系统在相对高级的应用中表现出了令人鼓舞的性能特征。