基于光學(xué)導(dǎo)航和力交互的手術(shù)機(jī)器人人機(jī)協(xié)同控制方法.pdf

1、進(jìn)入21世紀(jì)以來,手術(shù)輔助機(jī)器人技術(shù)的研究一直是一個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域,而且在各種不同種類的手術(shù)中都得到了廣泛應(yīng)用。而顱-頜面骨由于其解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜,手術(shù)操作類型廣泛,又涉及到頭部各重要組織結(jié)構(gòu),危險(xiǎn)性大,所以目前鮮有針對顱-頜面骨區(qū)域的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)。
　　本文針對顱-頜面骨整復(fù)手術(shù)這種相對復(fù)雜的手術(shù)提出了基于光學(xué)導(dǎo)航和力交互的人機(jī)協(xié)同操作模式,這種模式有利于提高醫(yī)師的臨場感和注意力,能同時(shí)結(jié)合機(jī)器人的高精度、醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)判斷兩者的優(yōu)點(diǎn),從而

2、可以實(shí)現(xiàn)靈活可靠安全的手術(shù)操作。為此,本文中主要做了如下工作:
　　首先,利用7自由度手術(shù)機(jī)器人、醫(yī)用導(dǎo)航儀系統(tǒng)以及力反饋系統(tǒng)等,建立了基于光學(xué)導(dǎo)航和力反饋的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺。同時(shí)也建立了各個(gè)系統(tǒng)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系,并通過坐標(biāo)標(biāo)定和精度優(yōu)化等算法保證系統(tǒng)能滿足運(yùn)動控制的精度要求。
　　其次,在利用已有實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行模擬手術(shù)的過程中發(fā)現(xiàn)已有控制方法的不足,考慮采用阻抗控制和模糊控制等算法探索更有效的人機(jī)協(xié)同控制策略。該策略

3、最重要的算法即為本文提到的力-速度模糊控制算法,該算法在本文中利用Matlab/Simulink得到仿真和驗(yàn)證。
　　然后,針對本文提到的顱-頜面整復(fù)手術(shù),考慮對整個(gè)手術(shù)過程進(jìn)行了任務(wù)分劃和模式分配?；诖死肰C++語言重新設(shè)計(jì)了上位機(jī)的控制系統(tǒng)平臺,該軟件能很方便地實(shí)現(xiàn)不同的控制模式以及全部模擬手術(shù)子過程的人機(jī)交互。
　　最后,為對比不同控制模式的控制效果搭建了模擬的手術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺,該實(shí)驗(yàn)平臺可以實(shí)現(xiàn)3種控制模式,即:自動