結腸鏡機器人力感知與柔順控制研究.pdf

1、由于現(xiàn)今社會污染的加重以及人們飲食結構的改變，目前，全球結直腸癌發(fā)病率已位于男性癌癥的第三位，女性癌癥的第二位，其中我國的腸癌發(fā)病率增速達年均4％，是世界水平的兩倍。而目前常規(guī)結腸內窺鏡在檢查過程中主動彎曲能力不足從而易引起病人嚴重不適和痛苦，甚至導致腸道穿孔，所以越來越多的學者嘗試將機器人技術引入結直腸鏡檢查過程中。由于人體腸道具有相對浮動性，形狀及位置不完全固定，為了提高結腸鏡機器人進行內窺鏡檢查時的安全性以及可靠性，本文研究了結腸

2、鏡機器人力感知系統(tǒng)以及基于力感知的結腸鏡機器人柔順控制系統(tǒng)和柔順控制算法。通過力感知系統(tǒng)實時監(jiān)測機器人與腸道壁的接觸壓力，機器人采用柔順控制算法使得機器人與腸道壁的接觸壓力始終保持在安全閾值之內，提高結腸鏡機器人腸道檢查過程中的安全性。
　　本研究主要內容包括：⑴力感知系統(tǒng)設計及其參數(shù)標定。通過對結腸鏡機器人蛇形本體部分表面受力變形的建模與仿真分析設計符合系統(tǒng)要求的壓力傳感器結構以及壓力傳感器的信號采集系統(tǒng)，并在此基礎上針對傳感器

3、結構特點進行力感知系統(tǒng)的參數(shù)標定。⑵基于力感知的柔順控制算法研究。首先分析機器人各關節(jié)段運動姿態(tài)特點與相互關系，得到基于人工導向的主動彎曲控制方法；隨后針對結腸鏡機器人密閉的人體腸腔工作環(huán)境，對腸腔組織進行力學分析，并在機器人連續(xù)體各關節(jié)段之間串聯(lián)耦合的結構特點基礎上，建立關節(jié)段與腸道的接觸模型，研究基于接觸力的機器人姿態(tài)修正算法；最后，融合力感知控制系統(tǒng)，基于以上人工導向控制算法和機器人姿態(tài)修正算法得到機器人最終的柔順控制方法。⑶控制

4、系統(tǒng)搭建和實驗研究?？刂葡到y(tǒng)由三個子系統(tǒng)構成：彎曲控制系統(tǒng)、前進控制系統(tǒng)以及力感知系統(tǒng)，分別對該三個系統(tǒng)進行硬件和軟件的設計與調試。在此基礎上開展機器人彎曲實驗以及模擬結腸實驗，驗證基于力感知的柔順控制方法的正確性和可行性。⑷實驗結果證明：所設計的力感知系統(tǒng)能夠在結腸鏡機器人彎曲運動時對在結腸鏡機器人本體部分施加的壓力進行實時感知，可以滿足結腸鏡機器人柔順控制的需要。另外模擬結腸實驗也證明基于力感知的結腸鏡機器人柔順控制算法可以有效地實