骨科手术机器人具有精度高、稳定性好、抗疲劳、可重复性好等诸多优点，可有效克服传统手术对医生经验依赖性强、操作稳定性差等缺点，在骨科疾病治疗等场景中具有广阔的应用前景。然而，目前的手术机器人缺乏力感知与反馈，给医生带来了极大的操作挑战及心理负担，降低了手术质量及安全性。六维力传感器可测量器械与组织交互过程中的多维力/力矩信息，是实现手术机器人力反馈的关键。然而目前包括商用六维力传感器在内的电类传感器生物兼容性差，且难以适应手术室中的电磁环境。此外，六维力传感器往往结构复杂，难以准确建立其理论模型；简单的尺寸组合也难以满足多性能要求，加之弹性体加工误差对传感性能的扰动，给面向骨科手术机器人的六维力传感器研制带来了极大挑战。鉴于此，本文的主要研究内容有：
（1）针对骨科手术机器人末端交互力感知，研究光纤光栅六维力动态感知方法，设计了层积式六维力传感构型，结合光纤悬置配置方法，提出了一种新型光纤光栅六维力传感器。
（2）为建立传感器的理论模型，提出了混合数据驱动的建模方法。通过实验方法获取ABS试件的弹性模量，基于此采用有限元仿真获取不同尺寸参数下传感器对于单位载荷的响应，利用响应面法建立了传感器的理论模型。
（3）为实现传感器多性能优化，结合基于区间的不确定多目标优化方法，提出了考虑加工误差的传感器多目标优化方法，构建了虑及维间耦合、力/力矩各向同性及公差水平的传感器多目标优化模型，通过智能算法求解模型并确定传感器最优尺寸配置，优化后传感性能提升30%以上。
（4）提出偏心加载的力矩分量标定方法，开展六维力传感器的动静态特性研究，构建了传感器的实际解耦矩阵，分析了传感器动静态特性，非线性误差小于4.31%，维间耦合误差小于11.18%，谐振频率大于232Hz，工作频带为0-77.33Hz；开展了传感器的应用研究，建立了末端操作器重力补偿模型，通过模拟试验验证了所研制传感器的实际应用效果，骨组织切削力测量误差小于7.4%。
谷歌
火狐
