6-PTRT型并聯(lián)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)及其在正骨手術(shù)中的應(yīng)用.pdf

1、國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類號(hào)：TP242.3國(guó)際圖書(shū)分類號(hào)：621.8工學(xué)博士學(xué)位論文6PTRT型并聯(lián)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)及其在正骨手術(shù)中的應(yīng)用博士研究生：于凌濤導(dǎo)師：蔡鶴皋院士副導(dǎo)師：孫立寧教授申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：工學(xué)博士學(xué)科、專業(yè)：機(jī)械電子工程所在單位：機(jī)電工程學(xué)院答辯日期：2007年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)摘要I摘要閉合整復(fù)目前已經(jīng)成為治療股骨和脛骨骨折的常規(guī)方法，但仍存在手術(shù)時(shí)間長(zhǎng)、精度低、醫(yī)生勞動(dòng)強(qiáng)度和輻射劑量大等問(wèn)題。機(jī)器人輔助醫(yī)療外科手術(shù)近

2、年來(lái)已進(jìn)入實(shí)用，它具有準(zhǔn)確度高、手術(shù)時(shí)間短、創(chuàng)傷小等特點(diǎn)，已經(jīng)成為國(guó)際前沿研究熱點(diǎn)之一。在機(jī)器人輔助整形外科系統(tǒng)中，并聯(lián)機(jī)器人由于其剛度大、精度高等優(yōu)點(diǎn)而備受專家的青睞，因此進(jìn)一步研究并聯(lián)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)及其在整形外科手術(shù)中的應(yīng)用仍具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本課題結(jié)合國(guó)家“863”計(jì)劃資助項(xiàng)目“遙操作輔助正骨醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)”及“遠(yuǎn)程醫(yī)療機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)研發(fā)”，旨在建立人體股骨或脛腓骨骨折后用于斷骨復(fù)位的6PTRT型并聯(lián)機(jī)器人

3、，對(duì)該類型并聯(lián)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)和復(fù)位方法進(jìn)行研究。在全面分析傳統(tǒng)的正骨手術(shù)基礎(chǔ)上，選擇6PTRT型并聯(lián)機(jī)器人作為復(fù)位機(jī)構(gòu)，并提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)。介紹并分析此類并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)相關(guān)問(wèn)題，建立輔助正骨的并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng)。研究了6PTRT型并聯(lián)機(jī)器人的一些關(guān)鍵技術(shù)：分析并聯(lián)機(jī)器人胡克鉸的工作空間，得出并聯(lián)機(jī)器人胡克鉸的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和安全使用方法；提出并聯(lián)機(jī)器人位姿檢測(cè)的三平面法，并根據(jù)此方法進(jìn)行6PTRT型并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定；研究并聯(lián)機(jī)器人力感覺(jué)

4、靜力學(xué)模型及相關(guān)問(wèn)題，判斷一定負(fù)載下每個(gè)連桿分支是否安全。根據(jù)醫(yī)學(xué)背景知識(shí)，結(jié)合外科醫(yī)生的臨床經(jīng)驗(yàn)，提出并聯(lián)機(jī)器人輔助正骨復(fù)位的方法：基于圖像處理的復(fù)位方法、基于人體力線的復(fù)位方法和基于人體有限元生物力學(xué)模型的模糊力控制復(fù)位方法。結(jié)合機(jī)器人輔助正骨系統(tǒng)，對(duì)上述復(fù)位方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和仿真。實(shí)驗(yàn)表明，基于圖像處理的正骨復(fù)位方法更精確但對(duì)固定要求很高；基于人體力線的正骨復(fù)位方法精度略低，但對(duì)固定條件要求不高，更適用于實(shí)際手術(shù)；基于人體有限元生物力