機(jī)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(yù)測靶點(diǎn)的位置，然而靶點(diǎn)除了發(fā)生偏移外還發(fā)生振動，很難預(yù)測靶點(diǎn)的精確位置。減小靶點(diǎn)的振動幅度即提高穿刺穩(wěn)定性對提高靶點(diǎn)的預(yù)測精度具有重要意義。因?yàn)榘悬c(diǎn)的振動是由于穿刺針與軟組織之間的相互作用產(chǎn)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(guān)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(yùn)動學(xué)模型。當(dāng)針尖位于距離目標(biāo)靶點(diǎn)2r（r為圓弧軌跡的半徑）內(nèi)的區(qū)域時，針尖運(yùn)動受到可達(dá)性條件的限制，因此提出了時刻保證針尖對靶點(diǎn)的可達(dá)性的幾何逼近模型。幾何逼近模型適合于進(jìn)針點(diǎn)與靶點(diǎn)之間的距離小于等于2r的情況，通過該模型可以得到從進(jìn)針點(diǎn)到靶點(diǎn)的所有可行路徑。仿真結(jié)果表明該模型能夠精確預(yù)測從進(jìn)針點(diǎn)到靶點(diǎn)的可行路徑，進(jìn)而為路徑規(guī)劃提供了理論依據(jù)。當(dāng)針尖位于距離靶點(diǎn)2r外的區(qū)域時，針

3、尖運(yùn)動不受可達(dá)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(dá)目標(biāo)靶點(diǎn)，因此，提出了一種引導(dǎo)穿刺針向靶點(diǎn)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(xiàn)針尖不接近靶點(diǎn)的中間進(jìn)針過程，從而使得針穿刺過程具有較強(qiáng)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(jié)合的方法，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了進(jìn)針點(diǎn)與目標(biāo)靶點(diǎn)的距離大于2r時的路徑規(guī)劃目標(biāo)。最后通過仿真實(shí)驗(yàn)表明，該規(guī)劃算法和幾何逼近模型相結(jié)合的方式能夠準(zhǔn)確規(guī)劃出從進(jìn)針點(diǎn)到目標(biāo)靶點(diǎn)的可行