仪器仪表学报

作者：夏光明，代 煜，张建勋

单位：夏光明,1.南开大学机器人与信息自动化研究所,,代 煜,1.南开大学机器人与信息自动化研究所,,张建勋,1.南开大学机器人与信息自动化研究所,

关键词：骨科机器人;椎板铣削;受迫振动;声信号处理;铣削深度监测;反馈控制

基金：国家自然科学基金 (61773223)项目资助

为了实时监测和控制骨科机器人的椎板铣削深度,首先基于铣刀几何结构和椎板受迫振动方程,对椎板铣削过程进行建模与分析,提出了一种基于声信号的铣削深度监测方法。然后给出了基于快速傅里叶变换的骨铣削声信号处理方法,用于在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。谐波幅度作为反馈信号,基于带死区的比例微分控制器修正机器人的规划轴向进给速度来控制铣削深度。最后,基于三自由度笛卡尔机器人系统对人造骨块进行了铣削测试实验和铣削深度控制实验。实验结果表明,基于铣削声信号谐波幅度能够在0~1.2mm的铣削深度安全测量范围内以0.1mm的分辨率监测铣削深度,从而有效地控制骨面形变和位移时的椎板铣削深度。所提方法可以提高骨科机器人的椎板铣削操作精度和安全性。

来源：2021年第2期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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