基于Unity3D的颞骨手术虚拟培训系统设计

针对现有颞骨手术术前培训手段存在的问题,设计了一种基于Unity3D的颞骨手术虚拟培训系统。首先,分析了触感装置的正运动学和推导了雅克比矩阵;其次,构建了基于Unity3D的手术钻和颞骨模型组成的虚拟环境,利用触感装置获取物理空间手术钻的位姿数据,对虚拟环境中手术钻和颞骨模型进行了碰撞检测。最后,采用弹簧阻尼模型对碰撞后产生的反馈力进行了分析计算,将该反馈力通过力雅可比矩阵计算,得到触感装置的实际关节力矩,通过控制实现在末端执行器上产生力反馈。研究表明:该系统具有良好的可操作性,能够提供较真切的触觉感知,达到较好的术前培训效果。