多臂手術(shù)機器人效能優(yōu)化研究及虛擬仿真系統(tǒng)構(gòu)建.pdf

1、多臂手術(shù)機器人性能優(yōu)越但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其術(shù)前擺位問題直接關(guān)系到性能發(fā)揮與手術(shù)安全。故多臂手術(shù)機器人的術(shù)前擺位問題至關(guān)重要。然而，目前的術(shù)前擺位大多依靠醫(yī)生的經(jīng)驗完成。該方法需要醫(yī)生經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練，且受到醫(yī)生的手術(shù)習(xí)慣等主觀因素影響，給手術(shù)帶來了風(fēng)險。為此，本文提出一種基于多臂手術(shù)機器人效能的術(shù)前擺位優(yōu)化方法，并建立虛擬手術(shù)機器人仿真系統(tǒng)，通過虛擬仿真及虛實融合技術(shù)開展多臂手術(shù)機器人的術(shù)前擺位實驗研究。
　　本文分析了多臂手術(shù)機器人機械臂

2、的結(jié)構(gòu)特點，確定了術(shù)前擺位優(yōu)化變量。將手術(shù)空間劃分為若干子工作空間，依據(jù)手術(shù)熱點將各子工作空間賦予不同權(quán)重。本文建立了三種手術(shù)機器人效能指標，并依此建立了三種優(yōu)化目標函數(shù)。建立了表征單條機械臂靈巧度的全局各向同性優(yōu)化函數(shù)，表征多條機械臂協(xié)同操作能力的多臂協(xié)作能力函數(shù)，以及為防止腔外機械臂發(fā)生干涉的多臂最大距離函數(shù)。
　　本文將術(shù)前擺位優(yōu)化視為有約束條件的最優(yōu)化問題，提出了一種結(jié)合粒子群優(yōu)化和高斯過程的全新算法。利用粒子群算法開展每

3、一步迭代優(yōu)化。在每一步迭代過程中，高斯過程回歸用來預(yù)估全局最優(yōu)值。通過不斷迭代最終獲得手術(shù)機器人的最佳術(shù)前位姿。
　　本文分析了多臂手術(shù)機器人持鏡臂和持械臂的全運動學(xué)。將主操作手與執(zhí)行機構(gòu)末端形成映射，對機械臂和末端執(zhí)行機構(gòu)建立全運動學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，建立了多臂手術(shù)機器人的虛擬仿真系統(tǒng)。進一步實現(xiàn)真實手術(shù)機器人與虛擬手術(shù)對象的虛實融合。
　　本文針對上述內(nèi)容開展了實驗研究。首先探究了虛擬仿真系統(tǒng)中虛擬手術(shù)機器人運動的正確性