11、基于视觉辅助力反馈的稳定系统及软膜接触力控制方案

基于视觉辅助力反馈的稳定系统及软膜接触力控制方案

1. 基于视觉辅助力反馈的稳定系统

在医疗手术中，患者头部或耳部的运动可能会影响手术设备的性能和手术成功率。为了解决这一问题，提出了一种基于视觉辅助力反馈的稳定系统。

1.1 实验结果分析

通过模拟头部运动的实验，对比了力控制和力 + 视觉控制两种方式下的误差，具体数据如下表所示：
| 误差类型（mm） | 力控制 | 力 + 视觉控制 | 改善率 |
| — | — | — | — |
| MaxAE | 0.01885 | 0.01571 | 16.66% |
| RMSE | 0.00488 | 0.00388 | 20.53% |

从实验结果可以看出，力反馈控制器能够帮助系统跟踪期望力，但当引入头部/耳部运动作为干扰时，其性能会变差。而基于视觉的运动补偿器能够测量并抑制这种干扰，从而显著提高系统性能。

1.2 系统特点及优势

该控制方案的独特之处在于将力反馈控制和视觉反馈补偿相结合，以加快系统响应并提高性能，其主要优势包括：
- 对受干扰的运动具有快速响应能力。
- 能够有效消除不可预见干扰的影响。
- 在精确接触力跟踪方面表现出色。

1.3 系统组成

为了实现稳定系统的功能，设计了一个反馈控制系统，该系统由以下部分组成：
- 运动控制器
- 基于PID的力（反馈）控制器
- 基于视觉的运动补偿器

力控制器有助于将接触力维持在期望值，而运动补偿器则有助于抑制由于膜运动引起的干扰。实验结果表明，该