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

1、國內(nèi)圖書分類號：TP242.3國際圖書分類號：621.8工學(xué)博士學(xué)位論文6PTRT型并聯(lián)機器人關(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：孫立寧教授申請學(xué)位級別：工學(xué)博士學(xué)科、專業(yè)：機械電子工程所在單位：機電工程學(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)時間長、精度低、醫(yī)生勞動強度和輻射劑量大等問題。機器人輔助醫(yī)療外科手術(shù)近

2、年來已進入實用，它具有準(zhǔn)確度高、手術(shù)時間短、創(chuàng)傷小等特點，已經(jīng)成為國際前沿研究熱點之一。在機器人輔助整形外科系統(tǒng)中，并聯(lián)機器人由于其剛度大、精度高等優(yōu)點而備受專家的青睞，因此進一步研究并聯(lián)機器人的關(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際應(yīng)用價值。本課題結(jié)合國家“863”計劃資助項目“遙操作輔助正骨醫(yī)療機器人系統(tǒng)”及“遠(yuǎn)程醫(yī)療機器人關(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)機器人

3、，對該類型并聯(lián)機器人的關(guān)鍵技術(shù)和復(fù)位方法進行研究。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)機器人作為復(fù)位機構(gòu)，并提出相應(yīng)的設(shè)計指標(biāo)。介紹并分析此類并聯(lián)機器人運動學(xué)相關(guān)問題，建立輔助正骨的并聯(lián)機器人系統(tǒng)。研究了6PTRT型并聯(lián)機器人的一些關(guān)鍵技術(shù)：分析并聯(lián)機器人胡克鉸的工作空間，得出并聯(lián)機器人胡克鉸的設(shè)計準(zhǔn)則和安全使用方法；提出并聯(lián)機器人位姿檢測的三平面法，并根據(jù)此方法進行6PTRT型并聯(lián)機器人運動學(xué)標(biāo)定；研究并聯(lián)機器人力感覺

4、靜力學(xué)模型及相關(guān)問題，判斷一定負(fù)載下每個連桿分支是否安全。根據(jù)醫(yī)學(xué)背景知識，結(jié)合外科醫(yī)生的臨床經(jīng)驗，提出并聯(lián)機器人輔助正骨復(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)合機器人輔助正骨系統(tǒng)，對上述復(fù)位方法進行實驗和仿真。實驗表明，基于圖像處理的正骨復(fù)位方法更精確但對固定要求很高；基于人體力線的正骨復(fù)位方法精度略低，但對固定條件要求不高，更適用于實際手術(shù)；基于人體有限元生物力