基于切换式遥操作与自适应阻抗整形的经鼻狭窄通道安全操控框架

《IEEE Transactions on Haptics》：Transnasal Teleoperation Via Haptic Force Reconstruction and Environment Stiffness-Guided Adaptive Impedance Control

　　

摘要：

经鼻穿刺和鼻内干预手术在狭窄通道中进行，脆弱的黏膜容易受到意外壁面接触的影响，尤其是来自瞬时力峰值的冲击。我们提出了一种基于Sigma.7主手和配备镊子的Franka Research 3（FR3）从手的经鼻操作切换式遥操作与力反馈框架。该系统在自由运动阶段运行于单边模式，接触时切换至双边控制，从而在保持真实接触反馈的同时提升机动性。在从手侧，接触力通过FR3关节力矩传感和基于模型的动力学推断得到。环境刚度通过递推最小二乘法在线估计，量化为刚度等级，并用于驱动从手的自适应阻抗整形，以抑制力峰值。对于触觉渲染，主手模拟从手阻抗，并根据接触引起的从手响应重建接触力。所提出的方法通过三项不同的实验室实验进行评估，以探索其在受限环境中更安全操作的潜力。在实验I中，该方法对类组织材料实现了90%的识别准确率。在实验II和III中，与三种基线方法相比，该方法在狭窄通道通过任务中实现了更低的峰值接触力（约5 N）、更低的累积强交互指标（阈值为3 N时低于10）以及更高的成功率（88.3%）。