微創(chuàng)手術(shù)機器人實時系統(tǒng)構(gòu)建與主從控制策略.pdf

1、微創(chuàng)手術(shù)具有創(chuàng)面小、痛感輕和術(shù)后恢復(fù)時間短等優(yōu)點，得到了廣泛的臨床應(yīng)用。但也存在手眼不協(xié)調(diào)、靈活性不足等問題。由機器人技術(shù)與微創(chuàng)技術(shù)結(jié)合的微創(chuàng)手術(shù)機器人系統(tǒng)能夠克服這些缺陷，顯著地提高手術(shù)效率與效果。
　　于臨床中應(yīng)用微創(chuàng)手術(shù)機器人系統(tǒng)，對系統(tǒng)的實時性和安全性要求很高。而且手術(shù)機器人系統(tǒng)需要實現(xiàn)手術(shù)器械跟隨醫(yī)生手部以相同的趨勢運動，使得醫(yī)生能夠手眼協(xié)調(diào)操作。本文基于QNX系統(tǒng)構(gòu)建了微創(chuàng)手術(shù)機器人的軟硬件框架，并研究了內(nèi)窺鏡視野下基

2、于笛卡爾空間的主從一致性增量控制策略，從而構(gòu)建了完整的控制系統(tǒng)。進(jìn)行了多種實驗，檢驗其實時性能和控制策略的有效性。
　　采用分布式I/O與處理的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，確保系統(tǒng)各部分的實時性能能夠滿足系統(tǒng)整體的需要。將QNX系統(tǒng)移植到上位機中，并搭建起各部分之間的通信網(wǎng)絡(luò)。然后按照層級結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用軟件系統(tǒng)，根據(jù)功能劃分任務(wù)，確定實時性任務(wù)的結(jié)構(gòu)和優(yōu)先級。然后分析了系統(tǒng)的實時性能，結(jié)果表明系統(tǒng)實時性能優(yōu)秀。
　　針對機器人主從異構(gòu)的特點

3、，研究了內(nèi)窺鏡視野下基于笛卡爾空間的主從一致性增量控制策略。構(gòu)建了機械臂D-H參數(shù)模型，并根據(jù)機械臂的結(jié)構(gòu)特點，求出了機械臂的逆運動學(xué)解析解。研究了內(nèi)窺鏡視野下的主從映射方法，并采用視覺測量技術(shù)快速準(zhǔn)確地測出機械臂之間的姿態(tài)關(guān)系。為了提升系統(tǒng)的使用性能，開發(fā)了主從術(shù)中調(diào)整、主手抖動濾除和操作安全限制等主從控制功能。
　　針對所構(gòu)建的控制系統(tǒng)開展了實時性能比較實驗、主從控制實驗和活體動物實驗。實驗結(jié)果表明，從手機械臂能夠快速及時地跟