腹腔微創(chuàng)手術(shù)機器人主從控制研究.pdf

1、將機器人技術(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)生勞動強度，因此，在微創(chuàng)外科手術(shù)領(lǐng)域機器人的應(yīng)用中得到了極大的重視，并已成為醫(yī)療機器人領(lǐng)域的研究熱點。
　　本文在對手術(shù)機器人進行運動學(xué)分析的基礎(chǔ)上，重點對機器人主從跟隨策略及主從運動控制算法進行了相關(guān)的理論研究，同時搭建了控制系統(tǒng)軟硬件平臺，并通過建立仿真環(huán)境和進行相關(guān)物理實驗對本文所提出的軟硬件方案進行了驗證。
　　本文首先對手術(shù)機器人進行運動學(xué)方面的研究。利

2、用D-H法建立機器人各個關(guān)節(jié)的參考坐標系。同時，為了解決手術(shù)機器人存在1個冗余自由度，使運動學(xué)求解問題變得比較復(fù)雜的問題，通過對坐標系分塊進行運動學(xué)分析。
　　其次，重點對手術(shù)機器人主從控制進行了研究，主要包括以下幾個方面：
　　硬件方面，構(gòu)建以PCI總線方式通訊的多功能擴展卡的硬件結(jié)構(gòu)，為主從控制提供性能優(yōu)良的硬件平臺。
　　主從跟隨策略方面，為了解決傳統(tǒng)的基于運動學(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)速度的問題，設(shè)計基于等效微分變換法的主從跟隨策略。同時通過切換主手的方法解決了內(nèi)窺鏡機械臂的主從控制問題。
　　主從運動控制控制方面，1）為了使機器人運行平穩(wěn)，解決經(jīng)典軌跡規(guī)劃方法需要預(yù)知運動軌跡，離線計算的問題，設(shè)計適合實時主從控制的快速軌跡規(guī)劃方法；2）對手術(shù)機器人進行誤差分析，采用有效的誤差補償策略對手術(shù)機器人進行誤差補償；3）設(shè)計數(shù)字濾波器，消除手術(shù)醫(yī)生手部抖動對機器人精度的影響；4）設(shè)計基于球形包圍盒的碰撞檢

4、測算法，解決從手多個臂之間的碰撞問題；5）對主從手進行工作空間分析，確定出合適的主從尺度映射系數(shù)；6）設(shè)計有效的從手初始標定方法，提高系統(tǒng)精度；7）為了保證手術(shù)的安全性，設(shè)計有效的運動安全機制。
　　軟件方面，采用面向?qū)ο蟮乃枷?，?gòu)建易維護、效率高、質(zhì)量高、易擴展的軟件結(jié)構(gòu)，設(shè)計人機界面友好、容錯性好的軟件操作界面。
　　最后，進行仿真與實驗研究。在建立了主從操作的仿真環(huán)境進行虛擬仿真后，利用已經(jīng)裝配完成的手術(shù)機器人，基于以