11月9日，天津大学医疗机器人与智能系统研究院开展2022-2023学年度第一学期第八期研究生阅读报告分享会。本期共有3名研究生进行阅读报告分享，汇报内容依次如下：

首先由杨爽进行题为《A Compact FBG-Based Triaxial Force Sensor With Parallel Helical Beams for Robotic-Assisted Surgery》的报告分享：

本次文献阅读分享了一篇基于FBG的三轴传感器设计的文章。研究团队采用三根FBG光纤作为力传感元件，将光纤的变型作为基础，建立波长偏移量与所受外力之间的关系，并采用第四根FBG光纤进行温度补偿。为了平衡传感结构在轴向和径向之间的刚度，研究团队创新性的采用螺旋平行梁结构，又保证了整体刚度。此外，文中从传感器的标定，温度补偿等方面对传感器进行描述，并通过精度验证实验和实体触诊实验对传感器性能进行证明。

文献最大亮点在于螺旋平行梁的设计，很好的平衡了结构刚度与结构尺寸之间的关系。此外支撑盘的灵活设计为传感器在其他器械结构上进行集成创造了条件，为本人后续进一步开展器械性能检验检测工作提供了思路。

图1 传感器结构

然后由程一丁进行题为《Adaptive Cooperative Control Strategy for a Wrist Exoskeleton Using Model-Based Joint Impedance Estimation》的报告分享：

本文采用基于模型的关节阻抗估计方法，提出了一种腕部康复外骨骼的自适应协同控制策略（ACC）。对12名健康受试者进行的实验评估，证实了被动关节刚度和主动关节刚度的平均值处于已有文献报道的测量值的中间范围。这篇文章提出了能够自适应调节的外骨骼响应与自主力和关节阻抗曲线的策略、外骨骼响应与自主肌力和关节阻抗曲线的关系。实验结果表明，ACC训练方案优于TTC和FCC训练方案。提出的ACC策略展现了提高机械外骨骼辅助手腕康复训练有效性和安全性的潜力。

据我所知，这是第一次将基于模型的肌电驱动方法和交互式控制策略有效地结合在机器人辅助手腕康复中，具有较高的创新性，可以借鉴本文思路进行自己的研究。这项研究仅在健康受试者身上进行了实验验证。若要将该方法投入实际运用中还需要招募患者来研究和评估所提出的基于模型的协同阻抗估计方法和控制策略。

最后由姜旭进行题为《Design and experimental validation of a master manipulator with position and posture decoupling for laparoscopic surgical robot》的报告分享：

首先为实现主机械手的位置和姿态的解耦，提出了一种七自由度的主机械手（如下图2所示），包括三自由度的位置调整、三自由度的姿态调整和一个单自由度的夹持器。它能够分别实现xz与xy平面上的位置和姿态的解耦，在充分分析解耦原理的基础上，采用DH方法建立并分析了机械手的正运动学。并且分析出J₄关节是被动关节，其角度可以由J₂、J₃的关节角度表达。根据D-H参数，可以得到相邻链路之间的变换矩阵。根据坐标变换规则，表示出主机械手末端位置和姿态的变换矩阵。通过分析变换矩阵中的各元素可知，用来表示主操作手位置的矩阵P只与三个角度θ₁、θ₂、θ₃有关，这意味着主操作手的位置调整与姿态角度无关。通过对姿态矩阵R中的元素进行分析，可以看出，主操作手的姿态只与三个角度θ₅、θ₆、θ₇有关，这意味着主操作手的姿态调整与位置无关，从而通过双平行四边形结构实现了位姿解耦。

其次，为实现重力平衡进行了设计，由于主机械手采用了位姿解耦设计，因此可以将位置调整机构与姿态调整机构分开考虑。在计算主机械手关节的不平衡力矩时，不需要考虑速度和加速度的影响，只需要计算主机械手的势能。通过拉格朗日动力学公式及使不平衡力矩应满足τ₂ = τ ₃= 0，最终得到配重的质量。

图2 主机械手的机械结构