醫(yī)療遙操作機(jī)器人系統(tǒng)建模與分析研究.pdf

1、在當(dāng)前醫(yī)療機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域中,醫(yī)療遙操作機(jī)器人穿刺手術(shù)成為研究的熱點(diǎn)。由于穿刺過程中穿刺針與軟組織發(fā)生形變,導(dǎo)致實(shí)際穿刺位置和目標(biāo)靶點(diǎn)出現(xiàn)偏差,這使得實(shí)際穿刺手術(shù)的治療效果大大降低。目前,醫(yī)療遙操作機(jī)器人研究多集中在網(wǎng)絡(luò)通信和局域網(wǎng)遙操作,以便減小通信時(shí)延來提高位置和力的跟蹤效果,而忽視了遙穿刺手術(shù)中穿刺針形變而引起的偏差。目前在穿刺手術(shù)中缺少對軟組織因受力而產(chǎn)生的具體形變量的分析和穿刺針針尖軌跡規(guī)劃的基礎(chǔ)研究。
　　本文針對上述存

2、在的問題進(jìn)行了相應(yīng)的分析和研究,本文主要內(nèi)容包括:
　　第一,為了提高機(jī)器人輔助針穿刺軟組織的精度,減小穿刺誤差,建立了柔性穿刺針的彈性懸臂梁物理模型,提出了一種穿刺針受力分析的有限元算法,并對模型進(jìn)行理論計(jì)算和ANSYS仿真,得到了穿刺針元素結(jié)點(diǎn)的撓度和偏轉(zhuǎn)角度,驗(yàn)證了算法的有效性。
　　第二,為了得到軟組織在穿刺力作用下的形變量和穿刺力與軟組織形變量的關(guān)系,本文通過對二維軟組織使用準(zhǔn)靜態(tài)有限元分析法,將軟組織形變的連續(xù)動(dòng)

3、態(tài)過程離散成靜態(tài)有限元模型,對二維軟組織和三維軟組織進(jìn)行有限元仿真,得到軟組織各結(jié)點(diǎn)的形變位移和力的分布云圖。結(jié)果表明:作用在同一點(diǎn)的線性軟組織的形變量和穿刺力成正比,分步載荷的效果疊加與各載荷步同時(shí)作用效果一致。
　　第三,為了得到穿刺針針尖在穿刺過程中的具體軌跡,通過將穿刺過程離散化,在考慮穿刺針形變、穿刺角度和穿刺針基座豎直坐標(biāo)的控制量基礎(chǔ)上,計(jì)算穿刺過程針尖每一時(shí)刻的坐標(biāo),進(jìn)而得到穿刺針針尖的運(yùn)動(dòng)軌跡,仿真結(jié)果表明:影響穿