腹腔镜手术机器人夹持力反馈系统的关键技术研究与性能验证

机器人辅助微创手术(MIS)在减少创伤和加速康复方面优势显著，但其器械与组织接触需更高精度和感知能力。来自未知机构的研究团队针对腹腔镜手术机器人时延和夹持力反馈(gripping force feedback)难题，开发了基于执行器驱动的力反馈系统。实验表明主从控制可实现±180°旋转和0-60°夹持自由度，系统时延仅10 ms，陶瓷夹持力达硅胶模拟皮肤的4倍。该研究为高级手术系统发展提供了关键技术支撑。

　　

在机器人辅助微创手术(MIS)领域，与传统开放手术相比，其创伤小、恢复快的优势正推动着技术普及。当手术器械与人体组织直接交互时，运动精度的毫厘之差和力觉反馈的细微偏差都可能影响手术效果。这项研究聚焦腹腔镜手术机器人的两大核心技术瓶颈——系统时延(time delay)和夹持力反馈(gripping force feedback)。

科研团队创新性地采用执行器驱动(actuators-driven)方案构建手术机器人系统，通过主从控制(primary-secondary control)架构实现了±180°的全方位旋转和0-60°的精准夹持动作。令人瞩目的是，经参数优化后的系统时延被严格控制在10 ms量级，近乎达到实时操作标准。

为验证力反馈性能，研究者选用硅胶模拟皮肤(silicone simulated skin)、硅橡胶(silicone rubber)和陶瓷(ceramic)分别模拟人体软组织、肿瘤和骨骼组织。传感器数据显示，陶瓷的夹持阻力是硅橡胶的2倍，更达到模拟皮肤组织的4倍，这种梯度差异完美复现了真实手术中的组织力学特性。

该成果不仅展示了精准的主从同步控制能力，其力反馈系统更能让术者获得"触觉延伸"的临场体验，为下一代智能手术机器人的力觉交互(force interaction)技术奠定了重要基础。