腹腔微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人主從控制研究.pdf

1、將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用到微創(chuàng)外科手術(shù)中能夠有效地提高手術(shù)質(zhì)量，降低醫(yī)生勞動(dòng)強(qiáng)度，因此，在微創(chuàng)外科手術(shù)領(lǐng)域機(jī)器人的應(yīng)用中得到了極大的重視，并已成為醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　本文在對(duì)手術(shù)機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)機(jī)器人主從跟隨策略及主從運(yùn)動(dòng)控制算法進(jìn)行了相關(guān)的理論研究，同時(shí)搭建了控制系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)，并通過(guò)建立仿真環(huán)境和進(jìn)行相關(guān)物理實(shí)驗(yàn)對(duì)本文所提出的軟硬件方案進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　本文首先對(duì)手術(shù)機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)方面的研究。利

2、用D-H法建立機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的參考坐標(biāo)系。同時(shí)，為了解決手術(shù)機(jī)器人存在1個(gè)冗余自由度，使運(yùn)動(dòng)學(xué)求解問(wèn)題變得比較復(fù)雜的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)坐標(biāo)系分塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。
　　其次，重點(diǎn)對(duì)手術(shù)機(jī)器人主從控制進(jìn)行了研究，主要包括以下幾個(gè)方面：
　　硬件方面，構(gòu)建以PCI總線方式通訊的多功能擴(kuò)展卡的硬件結(jié)構(gòu)，為主從控制提供性能優(yōu)良的硬件平臺(tái)。
　　主從跟隨策略方面，為了解決傳統(tǒng)的基于運(yùn)動(dòng)學(xué)反變換法主從控制存在超越函數(shù)、求解困難和存在多解而

3、影響主從響應(yīng)速度的問(wèn)題，設(shè)計(jì)基于等效微分變換法的主從跟隨策略。同時(shí)通過(guò)切換主手的方法解決了內(nèi)窺鏡機(jī)械臂的主從控制問(wèn)題。
　　主從運(yùn)動(dòng)控制控制方面，1）為了使機(jī)器人運(yùn)行平穩(wěn)，解決經(jīng)典軌跡規(guī)劃方法需要預(yù)知運(yùn)動(dòng)軌跡，離線計(jì)算的問(wèn)題，設(shè)計(jì)適合實(shí)時(shí)主從控制的快速軌跡規(guī)劃方法；2）對(duì)手術(shù)機(jī)器人進(jìn)行誤差分析，采用有效的誤差補(bǔ)償策略對(duì)手術(shù)機(jī)器人進(jìn)行誤差補(bǔ)償；3）設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，消除手術(shù)醫(yī)生手部抖動(dòng)對(duì)機(jī)器人精度的影響；4）設(shè)計(jì)基于球形包圍盒的碰撞檢

4、測(cè)算法，解決從手多個(gè)臂之間的碰撞問(wèn)題；5）對(duì)主從手進(jìn)行工作空間分析，確定出合適的主從尺度映射系數(shù)；6）設(shè)計(jì)有效的從手初始標(biāo)定方法，提高系統(tǒng)精度；7）為了保證手術(shù)的安全性，設(shè)計(jì)有效的運(yùn)動(dòng)安全機(jī)制。
　　軟件方面，采用面向?qū)ο蟮乃枷耄瑯?gòu)建易維護(hù)、效率高、質(zhì)量高、易擴(kuò)展的軟件結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人機(jī)界面友好、容錯(cuò)性好的軟件操作界面。
　　最后，進(jìn)行仿真與實(shí)驗(yàn)研究。在建立了主從操作的仿真環(huán)境進(jìn)行虛擬仿真后，利用已經(jīng)裝配完成的手術(shù)機(jī)器人，基于以