控制理论与应用

作者：夏光明,王景港,张建勋,王瑞,白鹤,代煜

单位：南开大学,南开大学,南开大学,天津医科大学,天津医科大学,南开大学

关键词：机器人辅助手术; 线性自抗扰控制; 铣削深度监控; 声信号处理; 模糊控制; 铣削进给速度优化

基金：国家自然科学基金项目(61773223, U1913207)资助.

本文旨在提高机器人辅助椎板切除时的骨铣削操作安全性. 首先, 提出一种基于激光信号和线性自抗扰控制器的铣削深度监测与控制方法, 辨识了机器人的位置控制传递函数, 并通过分析椎板的铣削力、受迫振动和铣削过程, 给出基于骨铣削声信号的铣削进给速度优化原理. 然后使用基于带通滤波器和普罗尼算法的声信号处理方法, 用于手术动力装置主轴旋转频率改变时, 准确提取声信号中的主轴频率及其整倍数谐波的幅度值, 并使用声信号谐波幅度偏差和偏差的微分作为输入的模糊控制器来优化机器人的铣削进给速度. 最后, 基于机器人辅助椎板切除实验装置在仿椎板人造骨块进行铣削深度控制实验和铣削进给速度优化实验, 并在猪颈椎骨上进行椎板自动逐层铣削实验. 结果表明, 铣削深度控制方法的控制精度为0.1 mm, 进给速度优化方法可有效适应骨密度和铣削深度等参数变化. 所提方法可用于提高机器人辅助椎板切除过程中的铣削精度和安全性.

来源：2022年第2期

《控制理论与应用》期刊编辑部

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