18、玻璃体视网膜手术中用于头部稳定的并联机器人设计、静态与性能分析

玻璃体视网膜手术中用于头部稳定的并联机器人设计、静态与性能分析

1. 引言

干细胞植入和基因载体递送被视为恢复视力的玻璃体视网膜外科手术干预手段。为了使治疗效果最大化，需要达到 10 微米的注射精度。然而，外科医生的生理性手部震颤和患者的头部移动，给实现所需的定位精度带来了挑战。生理性手部震颤约为 200 微米，而患者头部移动幅度可达 11 毫米。虽然目前有很多减轻手部震颤的解决方案正在研究中，但减少患者头部移动的方法却较少被探索。患者在打鼾、呼吸或打喷嚏时产生的头部移动，会增加手术并发症的风险。因此，需要设计一种在眼科手术中稳定患者头部的方法。

此前旨在减轻头部移动的方法主要集中在约束头部，例如 iRAM!S 机器人的头部固定装置和颗粒堵塞头带。本文探讨了一种能够主动抵消患者头部移动的机器人头枕的可能性。由于头枕需要在支撑头部重量的同时进行运动，因此选择并联机器人作为基础系统。并联机器人具有高刚性和低惯性的特点，与串联机器人相比，具有更快的动态响应和更高的精度。尽管市场上有许多具有 6 个自由度的并联机器人系统，但眼科手术中的设计约束和操作要求使得现有的机器人不适合作为主动头枕。因此，开发了一种具有新的并联运动学架构的机器人头枕，并制定了与应用要求相关的性能评估指标。

2. 方法

2.1 机械手要求

为了在玻璃体视网膜手术中得到应用，所提出的机械手需要在减轻患者头部移动的同时，保持外科医生的人体工程学和患者的舒适度。为了设计出能够满足这些功能的机械手，定义了一组要求：
- 运动补偿 ：为了稳定躺着的患者头部，机械手需要施加与头部移动幅度相同的反向运动。患者头部在水平平面（XY）上的漂