機(jī)器人輔助人工頸椎間盤置換手術(shù)磨削規(guī)劃研究.pdf

1、人工頸椎間盤置換術(shù)在治療頸椎病方面具有明顯優(yōu)勢，但普及范圍并不廣泛，這主要是由于人工頸椎間盤置換手術(shù)復(fù)雜、操作困難，特別是對于骨骼終板磨削的精度要求高。課題結(jié)合國家863計(jì)劃項(xiàng)目“機(jī)器人輔助人工頸椎間盤置換手術(shù)系統(tǒng)研究”，通過構(gòu)建手術(shù)磨削規(guī)劃系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)由并聯(lián)機(jī)器人操作磨削刀具，完成手術(shù)中醫(yī)生對骨配合面的磨削操作。由此，可以大大提高磨削精度和置換手術(shù)質(zhì)量，并減少由于人為因素帶來的手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。
　　在分析人工頸椎間盤置換手術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上

2、，為了提高機(jī)器人手術(shù)精度和可操作性，確定了機(jī)器人輔助手術(shù)磨削規(guī)劃系統(tǒng)的功能需求。設(shè)計(jì)了磨削規(guī)劃軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)初始化、機(jī)器人反饋、對刀規(guī)劃以及磨削功能，最后將生成的機(jī)器人位置、速度信息，通過RS232通訊程序發(fā)送至電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器，由機(jī)器人完成磨削操作。
　　首先對磨削軌跡規(guī)劃生成的空間直線與平面圓弧進(jìn)行插補(bǔ)，并將所得到的刀具中心點(diǎn)軌跡轉(zhuǎn)化為并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)平臺(tái)中心點(diǎn)軌跡，并針對其進(jìn)行并聯(lián)機(jī)器人逆解以獲得各支鏈的長度值。為提高機(jī)器人的定位

3、精度，采用光學(xué)定位器和最小二乘法對機(jī)器人進(jìn)行標(biāo)定，并利用標(biāo)定結(jié)果對逆解進(jìn)行補(bǔ)償。為能夠得到術(shù)中機(jī)器人末端刀具中心點(diǎn)的位置反饋，提出了一種Stewart機(jī)構(gòu)的正解算法，將各支鏈長度值作為正解的輸入，并輸出并聯(lián)機(jī)器人末端刀具中心點(diǎn)位置。
　　為了實(shí)現(xiàn)磨削規(guī)劃的各項(xiàng)功能，在分析各種頸椎間盤假體的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種模塊化、參數(shù)化的磨削規(guī)劃方案。這種方案利用導(dǎo)航對刀規(guī)劃獲取了病人骨骼的信息，同時(shí)通過選擇不同的磨削模塊即可能夠適應(yīng)多種頸椎間盤