基于关节转角估计器的绳驱动手术微器械位置全闭环控制

来源：机器人杂志2018年第2期北京时间：

作者：王文杰, 于凌涛, 杨景, 闫昱晟

摘要：手术机器人微器械末端空间狭小，无法安装角度检测传感器，不能进行位置全闭环控制．针对这个问题，提出了一种基于关节转角估计器的闭环控制方法．首先设计了4自由度微器械驱动方案，搭建了手术机器人微器械单关节原理样机实验系统，并基于绳驱动系统的动力学分析设计了关节转角估计器．利用动力学参数辨识的方法给出了关节转角估计器的参数，并通过实验数据分析给出了转角估计器的简化和修正模型．实验结果说明关节转角估计器的输出精度可以达到0.38°．最后以转角估计器的输出值作为反馈信号对微器械关节转角进行了闭环控制实验．结果表明，当系统自由运动时微器械关节转角的最大跟随误差为0.734°；当微器械末端加载1.5N的外力时，关节转角估计器的精度是0.59°，最大跟随误差是1.112°．这些说明本文提出的关节转角闭环控制方法具有比较高的控制精度．

关键词：关节转角估计器, 绳驱动, 微器械, 位置控制, 动力学