22、柔性机器人在医疗手术中的应用与性能研究

柔性机器人在医疗手术中的应用与性能研究

1. 柔性机器人钻孔实验介绍

在探索医疗手术中柔性机器人的应用时，一项针对钻导系统稳定性的实验至关重要。该实验旨在明确在钻孔过程中钻导系统的稳定性情况。

• 实验材料与准备 ：选用明胶作为模拟气管的软质材料进行钻孔实验。之所以选择明胶，是因为它具有半透明性，方便观察钻头的路径。
• 实验操作设置 ：使用手持电机驱动柔性轴，在钻头无负载且可弯曲关节弯曲的状态下进行操作。由于电机没有精确的速度控制，因此设置了三种速度档位，分别为低速（LOW）、中速（MEDIUM）和高速（HIGH）。速度通过扳机的按压力度来调节，具体如下：
  • 低速：扳机按下的程度刚好使钻头以大约 60 rpm 的速度旋转。
  • 中速：扳机按下一半，但这种状态较难维持。
  • 高速：扳机完全按下。

2. 实验变量测量

在钻孔过程中，测量了以下几个关键变量：
- 钻头尖端无负载时的偏移 ：在钻头尖端沿 x 轴和 y 轴测量偏移量，分别记为 Δx 和 Δy，此时 z 轴与钻头轴共线。
- 入口和出口孔的直径 ：钻孔穿过明胶后，分别测量入口孔直径 Hn 和出口孔直径 Hx。
- 钻孔角度相对于远端尖端连杆的偏差 ：测量偏差角度 Δθh。同时，记录钻头轴在中部和尖端的弯曲角度，分别为 θsm 和 θst