基于力反饋的主從式機(jī)器人輔助脊椎穿刺手術(shù)系統(tǒng).pdf

1、骨質(zhì)疏松性脊柱壓縮性骨折(VCF)對人的危害極大,會造成病人重心前移,脊柱前屈增大。針對治療VCF的方法的臨床統(tǒng)計結(jié)果表明,PKP在治療VCF過程中比保守治療、內(nèi)科治療、經(jīng)皮椎體成形術(shù)(PVP)有著明顯的優(yōu)勢,因此在VCF治療過程中,PKP方法應(yīng)優(yōu)先選用。然而PKP也有一些不足,包括穿刺手術(shù)過程不連貫,X射線對醫(yī)生的輻射傷害過大等,為解決這一問題,本文提出使用主從式機(jī)器人將手術(shù)端和操作端分開,在提高手術(shù)精度的同時能夠避免醫(yī)生受輻射的危險

2、,此外,還可以提高整個手術(shù)過程的流暢程度,進(jìn)而減小手術(shù)時間。
　　本文通過對機(jī)器人輔助脊椎穿刺手術(shù)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀的調(diào)研與分析,確立了整體系統(tǒng)的基本設(shè)計要求,根據(jù)設(shè)計要求搭建了一套可行的主從式機(jī)器人輔助脊柱穿刺手術(shù)系統(tǒng),并詳細(xì)介紹了系統(tǒng)各個組成部分及功能。該系統(tǒng)能夠在不改變醫(yī)生操作習(xí)慣的前提下將手術(shù)端與操作端分開,并能夠通過主手控制從手的精確運(yùn)動,同時,從端與環(huán)境的實際力信息可以通過力傳感器采集、處理并反饋至主手端,能夠給操作者提供真

3、實的力覺臨場感從而幫助操作者順利的完成手術(shù)操作。為此,本文主要做了以下工作:
　　首先,對機(jī)器人輔助脊椎穿刺手術(shù)系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行調(diào)研分析,確定系統(tǒng)雙邊控制的總體方案;再根據(jù)雙邊控制系統(tǒng)穩(wěn)定性、透明性和跟蹤性的要求,對不同的雙邊控制策略進(jìn)行建模與分析并選擇適合于機(jī)器人輔助脊椎穿刺手術(shù)系統(tǒng)的控制策略。
　　其次,研究機(jī)器人輔助脊椎穿刺手術(shù)系統(tǒng)雙邊控制策略中的位置控制策略,即研究基于機(jī)器人運(yùn)動學(xué)的主從異構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)的工作空間映射

4、。首先,通過D-H法對滿足P iep er準(zhǔn)則的6-R型串聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)進(jìn)行分析并獲得其所有正逆解,并通過最佳柔順法則對其逆解篩選,為研究系統(tǒng)的主從空間映射奠定基礎(chǔ);其次,研究系統(tǒng)的工作空間映射,以手眼協(xié)調(diào)為前提,采用增量式位置控制策略獲得主從空間映射關(guān)系,并可以根據(jù)需要通過變比例控制策略改變主從工作空間的對應(yīng)比例,實現(xiàn)從端工作空間的放大與縮小,此外,將主從跟隨誤差引入到位置反饋獲得更好的主從跟隨效果進(jìn)而提高系統(tǒng)的位置控制精度。

5、>　　第三,研究主從式機(jī)器人輔助脊椎穿刺手術(shù)系統(tǒng)的力反饋算法。研究基于六維力傳感器的從端真實力信息的獲取方法,設(shè)計數(shù)字濾波器對六維力傳感器的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波,再通過研究其標(biāo)定、重力補(bǔ)償及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法,獲得從端在操作者坐標(biāo)系下的真實力信息并反饋至操作者;此外,將主從位置誤差引入系統(tǒng)的力反饋,雖然系統(tǒng)的透明性有所降低,但是能夠進(jìn)一步的減小主從位置控制誤差,提高手術(shù)操作的安全性。
　　最后,為驗證主從式機(jī)器人輔助脊椎穿刺手術(shù)系統(tǒng)的可行性