Safety Strategy of Fracture Reduction Robot Based on the Envelope Error of Reduction Path and Improved Artificial Force Field Method

Abstract

摘要： 针对机器人辅助骨折复位操作中的人机协同手术安全问题，提出一种基于复位路径包络误差和改进人工势力场的复位安全策略。根据CT扫描数据，采用逆向建模构建骨折的3D数字化模型，采用A*搜索算法规划避障复位路径。基于临床手术精度要求和术前规划的复位路径，在所规划的复位路径周围构建包络误差面，提出改进的人工势力场法，以无数个包络圆形成的包络误差面建立斥力场，在骨折近端断面处建立引力场，引导复位机器人进行骨折复位，保证机器人辅助骨折复位手术操作被限定于复位路径的包络误差范围内。对基于复位路径包络误差的机器人复位安全策略进行仿真验证，针对骨折复位路径无障碍、有障碍两种情况，分别进行复位操作安全策略的仿真分析。仿真结果表明采用包络误差和改进人工势力场的安全策略时，复位路径完全落在包络误差所限定的范围内，能较好地避开障碍物，且仿真路径与规划路径非常接近，能有效提高机器人复位操作的安全性和精准性。