将表面肌电电极(8 mm Ag-AgCl BIOPAC - EL208S)用胶粘片贴在受试者皮肤上,测量肱二头肌和肱三头肌内侧头肌的肌电信号。信号由肌电图放大器(BIOPAC - EMG100A)获得,增益系数在2000-5000之间(取决于受试者)。肌电图信号和测压传感器信号由A/D对流器(Scientific Solution Lab Master 12位内部PC卡)采集,采样率为1 kHz,而编码器信号由定制硬件计数。同时记录并存储整个数据集,以供后续脱机分析和模拟。
一个专门的实时软件,用于操作系统,是用C语言编写的,并运行在基于pc的平台上。该软件由三个主要模块组成。第一个模块处理硬件/软件接口。它通过D/ a和a /D卡控制PC机与外部电机驱动器和传感器之间的交互。第二个模块包括MATLAB - Simulink实时工具箱生成的自动代码。第三个模块是用户界面模块,允许设置各种运行时操作参数。对所有模块进行编译和链接,生成一个高效的实时软件。
将表面肌电电极(8 mm Ag-AgCl BIOPAC - EL208S)用胶粘片贴在受试者皮肤上,测量肱二头肌和肱三头肌内侧头肌的肌电信号。信号由肌电图放大器(BIOPAC - EMG100A)获得,增益系数在2000-5000之间(取决于受试者)。肌电图信号和测压传感器信号由A/D对流器(Scientific Solution Lab Master 12位内部PC卡)采集,采样率为1 kHz,而编码器信号由定制硬件计数。同时记录并存储整个数据集,以供后续脱机分析和模拟。
一个专门的实时软件,用于操作系统,是用C语言编写的,并运行在基于pc的平台上。该软件由三个主要模块组成。第一个模块处理硬件/软件接口。它通过D/ a和a /D卡控制PC机与外部电机驱动器和传感器之间的交互。第二个模块包括MATLAB - Simulink实时工具箱生成的自动代码。第三个模块是用户界面模块,允许设置各种运行时操作参数。对所有模块进行编译和链接,生成一个高效的实时软件。
预计所提出的研究将推进目前在人体肌肉建模及其数学公式领域的知识。这些知识将被进一步用于创建一个新的人机界面,并将允许在神经层面上更好地理解人与机器人之间的交互。此外,拟议的研究将提供一个工具和基本的理解,为发展辅助技术,以提高残疾人社区的生活质量。拟议的科学活动将促进来自电气工程、机械工程、生物工程和康复医学领域的学生和教师之间的跨学科合作。
研究设计
为期四年的项目包括针对上述目标的四项并行任务。机制设计紧密地基于实际手术的物理测量。在实验和动物手术中评估了原型的性能,包括血管的无伤控制、烧灼、组织焊接、缝合和血管损伤的修复,包括:侧切血管、干净切割血管、粗糙、撕裂血管、两端有间隙的粗糙撕裂血管。
与军人健康问题的相关性
在过去的10年里,机器人辅助手术的概念已经从darpa资助的先进原型发展到FDA批准的商业技术。然而,国防部最初设想的前沿部署战斗伤员护理仍然是不可能的。今天的商业和研究手术机器人太大了,无法部署在车辆内。我们提出的设计方法将通过两个新颖的方面大大减少现有商业和研究手术机器人的军事劣势。1)机械设计要求将来自我们对实际手术的定量测量,这样系统就不会设计过多的能力。2)我们将驱动点移动到更靠近手术部位的地方——在平滑和加速运动响应的同时,大幅减少体积和重量。这些改进将使外科手术机器人首次用于在前方部署的装甲运兵车的狭窄空间中拯救生命。
遥控操作的研究
Raven作为一个手术机器人平台,在极端环境中进行了广泛的部署,并利用有线和无线通信通道进行远距离远程操作。
这两个机构配备了三类传感器:(i)位置传感器(多转电位器- Midori America Corp.)被集成到四个机构的关节中,用于测量连接在它们上的两个内镜工具的位置、方向和平移。此外,连接在工具手柄上的两个线性电位器(Penny & Giles Controls Ltd.)用于测量内镜手柄和工具尖端角度;(ii)三轴力/扭矩(F/T)传感器(ATI-Mini传感器)位于内镜工具轴的近端,以及插入工具手柄的力传感器,用于测量手/工具界面的抓取力,以及(iii)接触传感器提供任何工具/组织接触的二进制指示。BlueDRAGONs传感器测量的数据使用两个12位国家仪器公司的USB A/D卡以30 Hz的频率采样26个通道(3个旋转,2个平移,1个组织接触,以及来自每个仪器抓取器的7个力和扭矩通道)。除了数据采集外,还将手术场景的同步视图合并到图形用户界面中,实时显示数据。