微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人實(shí)時(shí)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(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，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(jī)器人技術(shù)與微創(chuàng)技術(shù)結(jié)合的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)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(jī)器人系統(tǒng)，對系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和安全性要求很高。而且手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)手術(shù)器械跟隨醫(yī)生手部以相同的趨勢運(yùn)動(dòng)，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(jī)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(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)其實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(jī)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(jì)應(yīng)用軟件系統(tǒng)，根據(jù)功能劃分任務(wù)，確定實(shí)時(shí)性任務(wù)的結(jié)構(gòu)和優(yōu)先級。然后分析了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能，結(jié)果表明系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能優(yōu)秀。
　　針對機(jī)器人主從異構(gòu)的特點(diǎn)

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(jī)械臂D-H參數(shù)模型，并根據(jù)機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，求出了機(jī)械臂的逆運(yùn)動(dòng)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(jī)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(dòng)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(shí)時(shí)性能比較實(shí)驗(yàn)、主從控制實(shí)驗(yàn)和活體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，從手機(jī)械臂能夠快速及時(shí)地跟