[发明专利]一种基于机械模型的骨钻孔触觉交互方法

说明书

技术领域

本发明属于触觉模拟技术领域，尤其涉及一种基于机械模型的骨钻孔触觉交互方法。

背景技术

目前，骨钻孔主要的训练方法仅仅是在合成骨头或真实的冷冻骨头上进行钻削。合成骨骼因其缺乏高质量的细节及物料性质，对于准确的模拟真实骨骼和钻削程序稍显不足。在手工钻削的过程中，操作者的灵巧性及丰富的经验是决定手术是否成功的关键。目前的主要训练方法都是在合成骨骼或者真实骨骼上钻削。然而，在合成骨骼上进行钻削训练仅能为训练者提供有限的资源，在真实骨骼上钻削也会有传染相关疾病的风险。此外，在现实操作中，每个骨头都具有复杂的骨几何，对其钻削是需要先进行培训并练习多次，涉及成本也是比较高的。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种基于机械模型的骨钻孔触觉交互方法，其真实的模仿了特异性的操作环境，有助于改善骨科钻孔的培训及练习过程，风险低且成本低。

本发明的技术方案是：一种基于机械模型的骨钻孔触觉交互方法，用于通过钻头在骨头上进行钻孔模拟，包括以下步骤：

一、确定基础力：法向力dF_n和摩擦力dF_f，先将每个切割边缘都根据径向距离划分为许多切割单元以及这些单元中的基础力，u_n和u_f是实验中的已知参数，其中

dF_n＝u_na，dF_f＝u_fa    (1)；

当材料变形时，碎片面积a为碎片的负载或未切削的区域，它垂直于切削速度所在平面，其计算方法为：

a(r)=tcwc(r)=(ftsin(p))(dysin(p)cos(λ(r)))=ftdycos(λ(r))---(2)]]>

其中，r为径向距离，f_t＝f_r/2为每刃进给，f_r为每转走刀量，w_c为切削宽度，t_c为切削厚度，dy为沿着y轴方向切割边缘的宽度，λ(r)为倾斜角度，如公式(3)所示：