手术机器人弹性柔索驱动微器械精准位置控制与外力自主检测方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51905405
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0501.机器人与机构学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

This project focus on the problem that the cable-driven micromanipulator precise position control and force perception cannot be realized due to the lack of position and force feedback information. The key technologies such as precise position control and external force detection of cable-driven micromanipulator are studied by taking cable-driven micromanipulator prototype as the research object and taking theoretical analysis and experimental research as the means. Firstly, the driving mechanism of micromanipulator is explored, and the complete kinematics and dynamics modeling of the cable-driven micromanipulator system based on the motion/force decoupling model is studied. Then, designed the micromanipulator terminal position estimator and cables tension compensator, and then proposed a closed-loop feedback with feedforward compensation position precision control method for cable-driven micromanipulator based on position estimator and cables tension compensator to implement the cable-driven micromanipulator precise position control under the condition that the end of the micromanipulator can't install position sensor. Finally, an indirect external force detection method for cable-driven micromanipulator based on the dual position estimators model is proposed to accurately detect the external force without integrating force detection elements at the end of micromanipulator..The research results of this project will help promote the precision process of surgical robots and improve the efficiency and effect of surgical robot-assisted minimally invasive surgery.
本项目针对绳索驱动微器械缺乏位置和力反馈信息,而不能进行精准位置控制和力检测的问题,以绳索驱动微器械为研究对象,研究绳索驱动微器械的精准位置控制和外力检测方法等关键技术。首先,探究微器械驱动机理,研究基于运动/力解耦模型的绳索驱动微器械系统完整运动学和动力学建模问题;然后,设计微器械末端位置估计器和绳索张力补偿器,并基于位置估计器和张力补偿器提出闭环反馈加前馈补偿的微器械位置精准控制方法,在微器械末端无法安装位置传感器的情况下实现绳索驱动微器械的精准位置控制;最后,提出基于双位置估计器模型的绳索驱动微器械外力间接检测方法,在微器械末端无需集成力检测元件的情况下实现对微器械末端外力的精准检测。.本项目的研究成果将有助于推进外科手术机器人精准化进程,提高手术机器人辅助微创手术的和效率和效果。

结项摘要

本项目针对绳索驱动微器械缺乏位置和力反馈信息,而不能进行精准位置控制和力检测的问题,以绳索驱动微器械为研究对象,研究绳索驱动微器械的精准位置控制和外力检测方法等关键技术。.首先,探究微器械驱动机理,研究基于运动/力解耦模型的绳索驱动微器械系统完整运动学和动力学建模问题;然后,设计微器械末端位置估计器和绳索张力补偿器,并基于位置估计器和张力补偿器提出闭环反馈加前馈补偿的微器械位置精准控制方法,在微器械末端无法安装位置传感器的情况下实现绳索驱动微器械的精准位置控制;最后,提出基于双位置估计器模型的绳索驱动微器械外力间接检测方法,在微器械末端无需集成力检测元件的情况下实现对微器械末端外力的精准检测。.本项目的研究成果将有助于推进外科手术机器人精准化进程,提高手术机器人辅助微创手术的和效率和效果。.本项目最终可以实现关节转角的估计精度达到0.3度以内,实现对0.5N以下的外力实现感知,1N-5N的外力感知精度超过93%。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(6)
Denim-fabric-polishing robot size optimization based on global spatial dexterity
基于全局空间灵活性的牛仔布抛光机器人尺寸优化
  • DOI:
    10.5194/ms-12-649-2021
  • 发表时间:
    2021-06
  • 期刊:
    Mechanical Sciences
  • 影响因子:
    1.4
  • 作者:
    Wang Wenjie;Tao Qing;Wang Xiaohua;Cao Yuting;Chen Congcong
  • 通讯作者:
    Chen Congcong
Research on online predictionof soft tissue mechanical response based onGrey model
基于灰色模型的软组织力学响应在线预测研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Journal of Mechanics in Medicine and Biology
  • 影响因子:
    0.8
  • 作者:
    Fan Yang;Jing Yang;Yufeng Guo;Yida Zhao;Wenjie Wang
  • 通讯作者:
    Wenjie Wang
旋量理论和消元法在类达芬奇手术机器人逆运动学求解中的应用
  • DOI:
    10.13433/j.cnki.1003-8728.20200113
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    机械科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王文杰;陶庆;王晓华;张旭
  • 通讯作者:
    张旭
Closed-Form Solution of Inverse Kinematics for a Minimally Invasive Surgical Robot Slave Manipulator Similar to Da Vinci Robot System
类似达芬奇机器人系统的微创手术机器人从机械臂逆运动学闭式解
  • DOI:
    10.1115/1.4046324
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
    ASME Journal of Engineering and Science in Medical Diagnostics and Therapy
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wang Wenjie;Cao Yuting;Wang Xiaohua;Chen Congcong;Yu Lingtao
  • 通讯作者:
    Yu Lingtao
Medical Gesture Recognition Method Based on Improved Lightweight Network
基于改进轻量级网络的医疗手势识别方法
  • DOI:
    10.3390/app12136414
  • 发表时间:
    2022-06
  • 期刊:
    Applied Sciences-Basel
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Wang Wenjie;Mengling He;Xiaohua Wang;Jianwei Ma;Huajian Song
  • 通讯作者:
    Huajian Song

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其他文献

光质、光强对入侵植物紫茎泽兰种子萌发及幼苗状态的影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    植物研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姜勇;王文杰;李艳红;包松莲
  • 通讯作者:
    包松莲
时序效应对导叶式离心泵内部压力脉动影响的数值分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王文杰;袁寿其;裴吉;张金凤;袁建平
  • 通讯作者:
    袁建平
安徽省土地利用变化及其驱动力分析
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    长江流域资源与环境
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    张清春
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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  • 作者:
    张 飞;王文杰;李 琛;罗 密;彭宏宇;孙 杨;毛宗福;冯友梅
  • 通讯作者:
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中厚倾斜矿体卸压开采理论及其应用
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 作者:
    王文杰
  • 通讯作者:
    王文杰

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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