72、输尿管肾脏介入机器人与四旋翼自适应控制技术解析

输尿管肾脏介入机器人与四旋翼自适应控制技术解析

1. 输尿管肾脏介入机器人设计

1.1 力信息采集

在输尿管肾脏介入操作中，力传感器安装于承载平台和旋转轴之间，用于收集输尿管镜操作时的力信息。力传感器与输尿管镜保持相对位置固定，在输尿管镜移动时，力和扭矩先传递到承载平台，再传至力传感器。这些信息由数据采集卡收集，最后通过程序计算出力信息。

1.2 控制系统实现

为研究和优化主从交互控制技术，建立了基于力反馈的机器人主从模型，并开发了力反馈信息采集与处理系统，以实现实时、稳定、准确的交互控制优化。
- 运动学求解 ：机器人从操作臂有四个关节，即升降关节、前后关节、旋转关节和弯曲关节。由于升降关节在操作前已在指定位置调整好，所以只需根据 Denavit - Hartenberg（D - H）方法为前后、旋转和弯曲关节建立运动学模型。表 1 展示了从操作臂的 D - H 参数，其中 h2 为旋转角度，h3 = h5。根据 D - H 方法可得到机器人的雅可比矩阵：
[
J =
\begin{bmatrix}
\frac{1}{2}h_3\sin(h_2) - \frac{1}{2}h_3\sin(h_2)\cos(2h_3) & \frac{1}{2}h_3^2\cos(h_2) - \frac{1}{2}h_3^2\cos(h_2)\cos(2h_3) - \frac{1}{h_3}\cos(h_2)\sin(2h_3) \
\frac{1}{2}h_3\cos(h_2) - \frac{1}{2}h_3\cos(h_2)\cos(2h_3) &