機器人輔助針穿刺穩(wěn)定性分析及路徑規(guī)劃.pdf

1、針穿刺過程中，通常希望能夠精確預測靶點的位置，然而靶點除了發(fā)生偏移外還發(fā)生振動，很難預測靶點的精確位置。減小靶點的振動幅度即提高穿刺穩(wěn)定性對提高靶點的預測精度具有重要意義。因為靶點的振動是由于穿刺針與軟組織之間的相互作用產生的，因此可以通過穿刺力的振動情況來反映。本文分析了組織材料特性和穿刺速度對穿刺穩(wěn)定性的影響，并建立了跟穿刺速度相關的穩(wěn)定性模型，通過該模型可以選擇合適的穿刺速度來提高穿刺穩(wěn)定性。
　　本文利用D-H（Denav

2、it-Hartenberg）法建立了斜角柔性穿刺針的正向運動學模型。當針尖位于距離目標靶點2r（r為圓弧軌跡的半徑）內的區(qū)域時，針尖運動受到可達性條件的限制，因此提出了時刻保證針尖對靶點的可達性的幾何逼近模型。幾何逼近模型適合于進針點與靶點之間的距離小于等于2r的情況，通過該模型可以得到從進針點到靶點的所有可行路徑。仿真結果表明該模型能夠精確預測從進針點到靶點的可行路徑，進而為路徑規(guī)劃提供了理論依據。當針尖位于距離靶點2r外的區(qū)域時，針

3、尖運動不受可達性條件約束，原則上針尖可以任意穿刺，但是穿刺的目的是要到達目標靶點，因此，提出了一種引導穿刺針向靶點靠近的路徑規(guī)劃算法，該算法同時允許在有避障需求時出現針尖不接近靶點的中間進針過程，從而使得針穿刺過程具有較強的避障能力。同時本文還給出了將該算法和幾何逼近模型相結合的方法，進而實現了進針點與目標靶點的距離大于2r時的路徑規(guī)劃目標。最后通過仿真實驗表明，該規(guī)劃算法和幾何逼近模型相結合的方式能夠準確規(guī)劃出從進針點到目標靶點的可行