Effective force modulation during tissue manipulation is important for ensuring safe robot-assisted minimally invasive surgery (RMIS). Strict requirements for in-vivo distal force sensing have led to prior sensor designs that trade off ease of manufacture and integration against force measurement accuracy along the tool axis. These limitations have made collecting high-quality 3-degree-of-freedom (3-DoF) bimanual force data in RMIS inaccessible to researchers. We present a modular and manufacturable 3-DoF force sensor that integrates easily with an existing RMIS tool. We achieve this by relaxing biocompatibility and sterilizability requirements while utilizing commercial load cells and common electromechanical fabrication techniques. The sensor has a range of +-5 N axially and +-3 N laterally with average root mean square errors(RMSEs) of below 0.15 N in all directions. During teleoperated mock tissue manipulation tasks, a pair of jaw-mounted sensors achieved average RMSEs of below 0.15 N in all directions. For grip force, it achieved an RMSE of 0.156 N. The sensor has sufficient accuracy within the range of forces found in delicate manipulation tasks, with potential use in bimanual haptic feedback and robotic force control. As an open-source design, the sensors can be adapted to suit additional robotic applications outside of RMIS.


翻译:在组织操控期间有效调控武力对于确保安全机器人辅助的最小侵入性手术(RMIS)非常重要。对静电阻力感测的严格要求导致事先的传感器设计,使制造和整合的便利与工具轴沿线的武力测量准确性相互交换。这些限制使得研究人员无法在RMIS中收集高质量的3度自由(3-DoF)双体武力数据。我们展示了一个模块和可制造3度压力感应器,很容易与现有的RMIS工具结合。我们通过放松生物兼容性和可敏性要求,同时利用商业载荷电池和普通电动机械制造技术实现了这一点。传感器有一系列+-5xI和+3N横向和平均根平均平均平方差(RMSE),在所有方向上均低于0.15 N。在远程操作模拟组织操控任务期间,一对双双层调调控波传感器在所有方向上均达不到0.15 N。对于控制力而言,RMEE实现了0.16 N。传感器具有充分准确性,在设计过程中,对精密的试控力应用范围外,对精密的试管进行进一步的试控。

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