6-PTRT型并聯(lián)機器人關鍵技術及其在正骨手術中的應用.pdf

1、國內圖書分類號：TP242.3國際圖書分類號：621.8工學博士學位論文6PTRT型并聯(lián)機器人關鍵技術及其在正骨手術中的應用博士研究生：于凌濤導師：蔡鶴皋院士副導師：孫立寧教授申請學位級別：工學博士學科、專業(yè)：機械電子工程所在單位：機電工程學院答辯日期：2007年6月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學摘要I摘要閉合整復目前已經(jīng)成為治療股骨和脛骨骨折的常規(guī)方法，但仍存在手術時間長、精度低、醫(yī)生勞動強度和輻射劑量大等問題。機器人輔助醫(yī)療外科手術近

2、年來已進入實用，它具有準確度高、手術時間短、創(chuàng)傷小等特點，已經(jīng)成為國際前沿研究熱點之一。在機器人輔助整形外科系統(tǒng)中，并聯(lián)機器人由于其剛度大、精度高等優(yōu)點而備受專家的青睞，因此進一步研究并聯(lián)機器人的關鍵技術及其在整形外科手術中的應用仍具有重要的理論意義和實際應用價值。本課題結合國家“863”計劃資助項目“遙操作輔助正骨醫(yī)療機器人系統(tǒng)”及“遠程醫(yī)療機器人關鍵技術與系統(tǒng)研發(fā)”，旨在建立人體股骨或脛腓骨骨折后用于斷骨復位的6PTRT型并聯(lián)機器人

3、，對該類型并聯(lián)機器人的關鍵技術和復位方法進行研究。在全面分析傳統(tǒng)的正骨手術基礎上，選擇6PTRT型并聯(lián)機器人作為復位機構，并提出相應的設計指標。介紹并分析此類并聯(lián)機器人運動學相關問題，建立輔助正骨的并聯(lián)機器人系統(tǒng)。研究了6PTRT型并聯(lián)機器人的一些關鍵技術：分析并聯(lián)機器人胡克鉸的工作空間，得出并聯(lián)機器人胡克鉸的設計準則和安全使用方法；提出并聯(lián)機器人位姿檢測的三平面法，并根據(jù)此方法進行6PTRT型并聯(lián)機器人運動學標定；研究并聯(lián)機器人力感覺

4、靜力學模型及相關問題，判斷一定負載下每個連桿分支是否安全。根據(jù)醫(yī)學背景知識，結合外科醫(yī)生的臨床經(jīng)驗，提出并聯(lián)機器人輔助正骨復位的方法：基于圖像處理的復位方法、基于人體力線的復位方法和基于人體有限元生物力學模型的模糊力控制復位方法。結合機器人輔助正骨系統(tǒng)，對上述復位方法進行實驗和仿真。實驗表明，基于圖像處理的正骨復位方法更精確但對固定要求很高；基于人體力線的正骨復位方法精度略低，但對固定條件要求不高，更適用于實際手術；基于人體有限元生物力