具有力覺臨場感的微創(chuàng)手術(shù)機器人精確操作和動力學(xué)分析.pdf

1、具有力覺臨場感的微創(chuàng)手術(shù)機器人已成為機器人研究領(lǐng)域的一個熱門話題，并在未來醫(yī)療領(lǐng)域中極具價值性，應(yīng)用前景極為廣泛。精確地位置控制以及真實的力覺感知是遙操作微創(chuàng)手術(shù)機器人極為重要的兩個功能，它能直接影響到醫(yī)生能否真實感覺手術(shù)器械與患者組織之間的相互作用力，從而更好、更加安全的操作力反饋主手，實施精確的運動控制。目前微創(chuàng)手術(shù)機器人系統(tǒng)主要存在的問題就是缺乏力覺臨場感，存在主手附加力，使醫(yī)生不能真實的感知力反饋信息，從而降低了微創(chuàng)手術(shù)的質(zhì)量，

2、容易產(chǎn)生手術(shù)誤差，造成病人的意外損傷。本文針對上述問題，設(shè)計新型的力反饋主手，對其機械結(jié)構(gòu)進行了系統(tǒng)的優(yōu)化，并對主手附加力進行補償，從而提高了操作精度并消除主手附加力對醫(yī)生感知力反饋造成的影響，進一步提高微創(chuàng)手術(shù)的質(zhì)量與安全。本文主要研究工作如下:
　　首先，設(shè)計新型的力反饋主手，基于改進型軸套力對其鋼絲繩傳動進行了柔性體建模與仿真，得到較為適合的傳動方式、傳動速度以及傳動過程中的具體數(shù)據(jù)，為控制策略提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。同時建模過程中

3、采用的是ADAMS二次開發(fā)的宏命令語句，方便、準確的提供了一種鋼絲繩建模方法，為今后的鋼絲繩研究提供可靠平臺。其次，建立主手的正逆運動學(xué)，在逆運動學(xué)求解過程中設(shè)定篩選條件，得到唯一最優(yōu)解，便于主手的控制。基于人機工程學(xué)、奇異點、可操作度以及靈巧度理論等相關(guān)參數(shù)對主手進行尺寸優(yōu)化，使其符合工作要求，同時求取理論工作空間以及實際工作空間。
　　再次，基于拉格朗日方程推導(dǎo)了新型力反饋主手動力學(xué)模型，建立準確的力反饋主手動力學(xué)模型是實現(xiàn)主

4、手精確力反饋的重要前提，也是操作者感知真實反饋力信息的重要基礎(chǔ)。因此在利用拉格朗日推導(dǎo)動力學(xué)建模的同時，將模型導(dǎo)入ADAMS進行驗證，確定模型的準確性。建立計及力反饋主手連桿重力、慣性力的完整動力學(xué)模型，為基于動力學(xué)模型的主手附加力補償?shù)於ɑA(chǔ)。
　　最后，基于力反饋主手的動力學(xué)模型，進行了附加力補償策略研究，微創(chuàng)手術(shù)中，使醫(yī)生獲得真實的力覺臨場感，感知手術(shù)過程中的力反饋信息極為重要，建立了力反饋主手的重力補償模型、慣性力補償模型