磁錨定腹腔手術(shù)機器人視覺與控制研究.pdf

1、相對常規(guī)的微創(chuàng)手術(shù)機器人，面向單孔腹腔鏡手術(shù)(LESS)在體內(nèi)工作的微創(chuàng)手術(shù)機器人只需1個切口，降低了手術(shù)創(chuàng)傷；機械臂的運動不受切口限制，運動更加靈活；結(jié)構(gòu)簡單，體積小，可以在醫(yī)院中廣泛地使用。其研究具有巨大的社會價值和經(jīng)濟效益，已成為微創(chuàng)手術(shù)領(lǐng)域的一個研究熱點。
　　本文所研究的磁錨定腹腔手術(shù)機器人是一種面向LESS的微創(chuàng)手術(shù)機器人，具有攝像單元和機械臂單元兩部分。通過分析機器人控制系統(tǒng)的主要設(shè)計要求，確定了機器人的主從控制的總

2、體方案和其硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。為減少機器人導線的數(shù)量，增強機器人在腹腔內(nèi)被移動時的靈活性，控制方案中的視頻圖像信號和控制信號均采用無線通信的方式。
　　為給外科醫(yī)生提供視覺反饋信息，設(shè)計了小尺寸、低功耗的攝像單元，包括攝像模塊，照明模塊和嵌入式控制電路模塊。攝像模塊通過模擬式方案可實現(xiàn)高分辨率視頻圖像的實時無線傳輸。照明模塊的LED陣列采用圓形布局，其亮度可以無線實時調(diào)整；針對照明模塊設(shè)計的反光器有效地提高了照度均勻性和降低了照明模塊的

3、使用功耗。將單片機硬件電路、無線通信硬件電路和電機驅(qū)動器硬件電路等集成在一起，構(gòu)成小尺寸的嵌入式控制電路模塊，用于攝像單元和機械臂單元。
　　針對磁錨定腹腔手術(shù)機器人機械臂的控制，設(shè)計了基于視覺反饋的主從控制方案。根據(jù)主手信息計算出機械臂末端點期望位置，并在視頻圖像中實時顯示出來，為外科醫(yī)生提供直觀的期望位置信息，簡化了外科醫(yī)生控制機械臂的難度。針對視覺反饋中標記點坐標的計算問題，給出了一種對照明亮度魯棒性好、快速準確計算標記點坐