在基爾大學(xué)附屬矯形外科醫(yī)院內(nèi)，醫(yī)學(xué)博士沃爾夫·彼得森（PD Dr. Wolf Petersen）的工作小組進(jìn)行一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室研究，該小組在庫(kù)卡機(jī)器人 KR 125 及一多用力矩傳感器的幫助下對(duì)內(nèi)生膝部韌帶移植的固定技術(shù)進(jìn)行生物機(jī)械方面的檢查。研究目標(biāo)是，確定由脛骨上兩種附著定位及三種固定技術(shù)而引起的可能的變化。移植物原位力的變化一方面可能出現(xiàn)在重建膝蓋的運(yùn)動(dòng)式中，另一方面出現(xiàn)在負(fù)載不同的情況下作為固定技術(shù)，選擇了一種使用夾子的關(guān)節(jié)外固定方式、一種關(guān)節(jié)內(nèi)界面螺釘固定及一種關(guān)節(jié)內(nèi)的、使用兩個(gè)可吸收針垂直穿過(guò)移植物的交叉克氏針固定法。

　　實(shí)施措施/解決方案

　　運(yùn)動(dòng)方式及原位力的檢測(cè)由六軸鉸接臂機(jī)器人及多用力矩傳感器共同進(jìn)行，采用這種組合可對(duì)同一膝蓋樣本的三種不同固定技術(shù)進(jìn)行比較。由此可以避免使用不同樣本所帶來(lái)的差別性并降低成本。另外，可以用該結(jié)果與正常膝蓋的生物機(jī)械運(yùn)動(dòng)相比較，因?yàn)闄C(jī)器人可以模仿正常膝蓋的運(yùn)動(dòng)且具有很高的重復(fù)精度及靈活度。機(jī)器人可以重復(fù)膝蓋的五種運(yùn)動(dòng)自由度，它將在豬的膝蓋部位對(duì)膝蓋韌帶移植物進(jìn)行生物機(jī)械檢查。機(jī)器人通過(guò)一個(gè)抓取裝置移動(dòng)膝蓋。由于多用力矩傳感器可以測(cè)量三種垂直力量及力矩、記錄在運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)的力量并將數(shù)據(jù)通過(guò)一個(gè)反饋調(diào)節(jié)電路送機(jī)器人處，因此機(jī)器人不僅可以在位置控制、也可以在力量控制的情況下，以不同的自由程度運(yùn)動(dòng)。

　　替換韌帶后，機(jī)器人可在位置控制作用下準(zhǔn)確地回到原位置以測(cè)量原位力。由于待檢關(guān)節(jié)在切除前部交叉韌帶之前與植入移植物之后的運(yùn)動(dòng)完全一致，因此根據(jù)疊加原理可以只修改一個(gè)待檢因子。根據(jù)這個(gè)原理，可確定力的向量差以及前部交叉韌帶的原位力。在力量控制模式下，則給出關(guān)節(jié)力量和力矩的數(shù)據(jù)組，并使用軟件的坐標(biāo)系統(tǒng)記錄由此而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)。由于該系統(tǒng)在此模式下可對(duì)一個(gè)膝在完好及切斷兩種狀態(tài)下施加同樣的外力及力矩，因此可確定兩種狀態(tài)在運(yùn)動(dòng)學(xué)上的差別并加以比較。

　　系統(tǒng)部件/合同范圍

　　庫(kù)卡機(jī)器人 KR 125

　　以 PC 為基礎(chǔ)的庫(kù)卡機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括帶熟悉的視窗操作界面的控制面板

　　多用力矩傳感器

　　兩個(gè)作為封固裝置使用的鋁制圓筒，膝蓋兩側(cè)在圓筒內(nèi)將被灌上骨粘合劑。用于脛骨的圓筒與機(jī)器人終端效應(yīng)器及多用力矩傳感器連接在一起。用于股骨的圓筒被用夾子固定在機(jī)器人足部。

　　機(jī)器人編程

　　投入運(yùn)行

　　結(jié)果/成效

　　當(dāng)然，運(yùn)動(dòng)方式可通過(guò)兩種方式進(jìn)行復(fù)制

　　脛骨移植物固定物的定位對(duì)膝蓋的穩(wěn)定性及膝蓋韌帶移植物的原位力有非常大的影響。使用兩種關(guān)節(jié)內(nèi)的固定技術(shù)所得到的原位力與前部交叉韌帶的自然原位力非常接近，因此能夠使膝蓋的穩(wěn)定性高于使用關(guān)節(jié)外技術(shù)的情況。然而，在兩種分別使用克氏針及界面螺釘?shù)年P(guān)節(jié)內(nèi)解剖技術(shù)之間沒(méi)有太明顯的區(qū)別。

　　因此，在最根本的穩(wěn)定性方面以及在初期固定物穩(wěn)定性方面，使用交叉克氏針技術(shù)與使用界面螺釘固定技術(shù)是類似的。其剛性也與前部自然交叉韌帶的自然剛性相似。因此，脛骨上膝蓋韌移植物固定方式可選擇使用兩個(gè)可吸收克氏針或使用解剖界面螺釘固定這兩種方法其中之一。就是說(shuō)，膝蓋的自然運(yùn)動(dòng)方式可通過(guò)兩種方式進(jìn)行復(fù)制。

　　鉸接臂機(jī)器人與力矩傳感器的有效組合

　　除此之外，該項(xiàng)研究還表明，鉸接臂機(jī)器人與力矩傳感器的組合非常適合于進(jìn)行這類研究。因此，六軸鉸接臂機(jī)器人在生物機(jī)械檢測(cè)領(lǐng)域還大有用武之地。可以想象，它還可以進(jìn)行對(duì)肩部、踝關(guān)節(jié)及脊柱的研究。從經(jīng)濟(jì)的角度看，這種技術(shù)也可用來(lái)對(duì)移植物（例如骨髓移植）進(jìn)行檢測(cè)。