介入治療用自主導管導向機器人驅動及控制技術研究.pdf

1、自主導管是一種能夠在體外控制其前端自主實現(xiàn)偏轉運動的微創(chuàng)介入手術設備,它能夠使手術導管在血管介入治療手術中順利到達病變部位,降低操作難度,減少錯誤操作帶來的風險。導向機器人則是安裝在自主導管前端的實現(xiàn)主動彎曲和轉向功能的裝置?；谛螤钣洃浶?本文對導向機器人的結構和導向原理進行了詳細論述,并研制了導向機器人樣機。本文研制的導向機器人樣機是由包含SMA(形狀記憶合金)驅動器和偏置彈簧的四節(jié)彎曲單元組成,能夠實現(xiàn)不同方向和角度的彎曲,外形

2、尺寸為長20mm,外徑1.3mm。為了提高SMA驅動器的響應速度、增強SMA驅動器在相變溫度區(qū)間上的可控性、以及避免SMA驅動器因過熱造成形狀記憶效應的退化,本文中導向機器人的采用PWM驅動方式,并選取電阻和溫度作為反饋變量,分別設計了兩套相應的反饋控制系統(tǒng),并且對控制系統(tǒng)的軟、硬件設計進行了詳細的論述。在加拿大NDI公司提供的AURORA位姿傳感器平臺的基礎上,利用VC++6.0開發(fā)了傳感器位姿跟蹤系統(tǒng)軟件,實現(xiàn)從上位機向AURORA

3、傳感器系統(tǒng)發(fā)送命令,獲得傳感器工作空間內的位姿信息。對計算機主機和AURORA傳感器之間傳遞的數(shù)據(jù)使用了循環(huán)冗余校驗,確保了通信的順利進行。對導向機器人做了整體性能試驗,測得了PWM占空比與導向機器人彎曲角度的關系,加熱電流與導向機器人彎曲角度的關系,為合理控制SMA驅動器提供了準確的參數(shù)。在帶有冠狀動脈和主動脈弓的胸部血管模型中進行了模擬介入手術的插管過程,按照預定的模擬手術路線分別在電阻反饋控制系統(tǒng)和溫度反饋控制系統(tǒng)的控制下成功地完