導管機器人系統(tǒng)的主從控制研究.pdf

1、隨著心血管疾病患者的日益增多，血管微創(chuàng)介入手術作為一種有效手術方法廣泛地應用于臨床治療中，因其具有創(chuàng)傷小、出血少、術后恢復快及復發(fā)性低等優(yōu)點。但是，傳統(tǒng)的微創(chuàng)介入手術的工作方式存在很多的局限性限制了其發(fā)展。故隨著計算機技術輔助技術的發(fā)展以及交叉學科相融合的趨勢下，課題組提出了構(gòu)建導管機器人系統(tǒng)的思想。本文在已有成果的基礎上對該系統(tǒng)的主從控制技術、力反饋技術以及局域網(wǎng)操作技術展開了研究。
　　針對研制的可控導管運用D-H法進行了運動

2、學分析，獲得了導管的二維和三維運動空間，并對主手手柄和導管建立了增量式映射和空間點對點式映射，對應設計了開環(huán)增量式控制和閉環(huán)逆雅可比控制。前者采用按鈕配合手柄往復式操作來獨立實現(xiàn)導管的推/拉、彎曲/回復和旋轉(zhuǎn)三種功能，操作者在操縱過程中操作者完全起主導作用；后者采用雅克矩陣來建立末端點操作空間速度與關節(jié)空間速度的關系，實現(xiàn)了導管末端點對手柄的位置跟蹤，所以操作者在操作過程只需提供目標點位置坐標即可。同時還通過實驗驗證了兩種控制方法的定位

3、精度，并對兩種控制方法從多個方面進行了比較。
　　針對導管機器人系統(tǒng)的力反饋技術作了深入研究，包括介入裝置力反饋、導管前端力反饋和虛擬引導約束力反饋。介入裝置力反饋可以反映插管過程中導管介入力的綜合效果，并在導航軟件中以進度條和數(shù)值顯示的方法體現(xiàn)出來；導管前端力反饋技術可以反映導管前端與周圍血管組織的接觸力作用，以圖像的方式融入到導航軟件中，并以其顏色來分辨所受外力的區(qū)間范圍；虛擬引導約束力是針對閉環(huán)逆雅可比控制提出的，其運用以中

4、心線點為圓心的一系列圓環(huán)面為參考來計算虛擬力來約束手柄運動，使手柄提供的目標位置位于圓環(huán)面內(nèi)。
　　針對導管機器人系統(tǒng)的局域網(wǎng)遙操作技術作了研究，搭建了遠程桌面式的遙操作框架，實現(xiàn)了局域網(wǎng)內(nèi)的開環(huán)增量式控制模式下的插管操作，并對雙本地圖像式遙操作框架作了探討和研究，為將來進一步完善和提高遙操作控制的性能奠定了基礎。
　　將上述研究的技術集成到導管機器人系統(tǒng)中，增添與完善了該系統(tǒng)功能。運用此系統(tǒng)在胸腔血管模型內(nèi)展開了模擬插管實