基于Speedgoat的dVRK機械臂控制系統開發

翟文正

(1.常州信息職業技術學院網絡空間安全學院，江蘇常州 213164；2.上海大學微電子研究與開發中心，上海 200072)

0 前言

外科手術機器人有效結合了手術醫生的經驗和機器人定位精確、運行穩定和操作精度高的特性,可協助醫生完成精細的手術動作,減少手術中因為疲勞產生的誤操作和手部振顫造成的損傷,從而提高手術質量與安全性,縮短治療時間,降低醫療成本。著名的醫療機器人有DaVinci系統、Zeus系統、伊索機器人Aesop和黎元、妙手等。

達芬奇外科手術機器人系統(Da Vinci)是最具代表性的商業化手術機器人，至今超過5 500臺被安裝使用。基于外科手術達芬奇機器人的研究平臺dVRK(da Vinci Research Kit，達芬奇研究平臺)是達芬奇第一代各部件的集成，是一個主從遙操作機器人平臺，可通過開源軟硬件對機器人各控制層級進行讀/寫控制，極大地降低了外科手術機器人控制系統設計的學習難度。dVRK在全球30多個國家的70多所大學和研究機構使用，現有研究大多聚焦于路徑規劃、機器視覺和多傳感器融合的創新應用開發，很少有基于機器人控制器的算法驗證和實時性控制研究。

機器人控制系統開發需要高頻硬實時和周期性計算，以實現對底層關節位置、速度和扭矩的實時控制。Simulink Real-Time是Mathworks公司推出的一款實時仿真技術，為基于PC實現控制系統快速原型開發和硬件在環仿真提供解決方案。基于MATLAB/Simulink的機器人開發能直接從Simulink算法模塊中產生優化的、可移植和個性化的代碼，使控制系統的快速原型化成為可能，大大提高了算法實現過程的效率和可靠性。……