12、康复与手术机器人的安全优化及智能控制策略

康复与手术机器人的安全优化及智能控制策略

在医疗领域，机器人的应用日益广泛，尤其是在康复和手术方面。康复机器人可以帮助患者进行肢体康复训练，而手术机器人则能辅助医生进行更精确的手术操作。然而，机器人在医疗应用中的安全性和智能性至关重要。本文将介绍康复电缆驱动机器人的安全优化策略，以及基于人类活动识别的机器人辅助微创手术方法。

康复电缆驱动机器人的安全优化

康复电缆驱动机器人（CDPR）在帮助患者进行上肢康复训练时，安全性是首要考虑的因素。传统的安全策略包括在故障时产生相反的扳手力，使末端执行器移动到安全位置，以及将电缆的断裂负载设定为机械臂标称负载的两倍。

为了进一步增强康复 CDPR 的安全性，提出了一个新的标准：在物理治疗任务中，最大化电缆与患者之间的距离。这个标准被应用于 LAWEX 机器人的优化设计中。

问题的数学表述

目标是为上肢康复提供一个安全的机器人设备。优化问题的数学表述如下：
最小化 (F(I) = \begin{bmatrix}F_1(I) \ F_2(I)\end{bmatrix})
约束条件为 (C_i(I) \leq 0)
(I = [x_1, \cdots, x_n]^T)
(x_{j_{min}} < x_j < x_{j_{max}})

其中，(F_1(I)) 和 (F_2(I)) 分别是定义机器人尺寸和安全标准的目标函数，(C_i(I)) 是约束函数，(I) 是由设计变量组成的设计向量，(x_{j_{min}}) 和 (x_{j_{max}}) 是每个设计变量的搜索域。

新的安全标准

安全标准是在康复训练