微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人震顫機(jī)理及其抑制方法研究.pdf

1、微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人具有靈活的自由度、運(yùn)動縮放和3D視覺等優(yōu)點(diǎn)，是高新科技與先進(jìn)醫(yī)學(xué)結(jié)合的典型產(chǎn)物。然而，在手術(shù)過程中，手術(shù)器械末端存在不同程度的震顫現(xiàn)象，降低了手術(shù)器械的運(yùn)動精度，影響了手術(shù)質(zhì)量及安全性，增加了如縫合、打結(jié)等精細(xì)動作的難度。針對上述問題，本文分析了機(jī)器人震顫產(chǎn)生的主要機(jī)理，提出了相應(yīng)的震顫抑制方法，構(gòu)建了微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器入主從控制系統(tǒng)實驗平臺并進(jìn)行驗證。論文的主要研究內(nèi)容如下:
　　首先，本文試圖從醫(yī)生的不光滑操作指令

2、、機(jī)器人動力學(xué)行為等角度研究震顫產(chǎn)生的機(jī)理，通過仿真及實驗得出導(dǎo)致手術(shù)器械末端震顫現(xiàn)象的主要因素。
　　其次，針對醫(yī)生手部生理震顫現(xiàn)象，提出了基于新型零相位自適應(yīng)模糊卡爾曼濾波器(ZPAFKF)的震顫抑制方法。通過對震顫信號的零相位采集濾波并以相同幅值相反相位實時疊加至原始指令信號中，得到光滑無生理震顫的理想指令，避免了傳統(tǒng)低通濾波器容易造成有效信息丟失及相位延遲的缺點(diǎn)。
　　再次，針對微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人動力學(xué)行為特別是關(guān)節(jié)內(nèi)非

3、線性摩擦導(dǎo)致的“粘滑行為”，提出了基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模控制器(FNNSMC)的震顫抑制方法。在傳統(tǒng)滑模控制器的基礎(chǔ)上，通過對各關(guān)節(jié)摩擦力矩的離線辨識以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯控制器對無關(guān)干擾的在線補(bǔ)償，得到平滑的末端運(yùn)動軌跡點(diǎn)。避免了傳統(tǒng)PD控制器在低速狀態(tài)下“爬行”及“平頂”現(xiàn)象和傳統(tǒng)滑模控制器在控制律切換時的“抖振”現(xiàn)象，同時構(gòu)造李雅普諾夫函數(shù)，證明了控制器的穩(wěn)定性。
　　最后，為驗證以上兩種震顫抑制方法的有效性，進(jìn)行了仿真和實驗