MRI環(huán)境下乳腺介入機器人設(shè)計與分析.pdf

1、近年來乳腺癌的發(fā)病率越來越高，基于圖像導(dǎo)航微創(chuàng)介入式手術(shù)越來越廣泛應(yīng)用于乳腺癌的診斷和治療。而核磁共振成像技術(shù)對軟組織的成像特別清晰，具有較精確的導(dǎo)航性能。但核磁共振儀內(nèi)較強的磁場環(huán)境和有限的工作環(huán)境對乳腺介入機器人的應(yīng)用提出了較高的要求。因此對MRI環(huán)境下乳腺介入機器人的研究具有非常重要的意義。本文設(shè)計了一款核磁兼容的乳腺介入機器人，并對其運動學(xué)和工作空間進行了分析，另外還對位姿調(diào)整模塊運動特性和控制性能進行了分析。
　　針對M

2、RI環(huán)境下的乳腺活檢穿刺手術(shù)為例，設(shè)計了一款核磁兼容的乳腺介入機器人。首先對核磁環(huán)境下機器人材料、結(jié)構(gòu)和驅(qū)動系統(tǒng)的兼容性要求進行分析，明確機器人的限制因素；其次通過對乳腺活檢手術(shù)的工作過程分析，確定了機器人各模塊的自由度，并完成機器人的構(gòu)型設(shè)計；最后分別對機器人的定位裝置、位姿調(diào)整模塊和穿刺模塊進行具體設(shè)計，應(yīng)用 Creo2.0構(gòu)建機器人的虛擬樣機。
　　對乳腺介入機器人進行運動學(xué)分析，建立相應(yīng)的運動學(xué)方程；通過理論分析可知，連桿

3、的長度誤差、機器人基平臺的半徑誤差和機器人動平臺上的夾角誤差是造成機器人位姿誤差的主要因素，利用仿真分析給出不同條件下三者對乳腺介入機器人位姿誤差的影響；利用Sim Mechanics軟件對乳腺介入機器人的工作空間進行仿真。建立Sim Mechanics的運動學(xué)仿真程序和機器人仿真機構(gòu)簡圖，通過仿真驗證了機器人的工作區(qū)間滿足要求。
　　位姿調(diào)整模塊的運動是利用雙螺桿的驅(qū)動原理來實現(xiàn)的，每個關(guān)節(jié)的三個螺桿均勻的分布在圓周上。所以整個

4、圓周被分為了三個區(qū)域，根據(jù)方位角?的取值不同，分別推導(dǎo)出關(guān)節(jié)中的每個螺桿的轉(zhuǎn)數(shù)與機器人的位姿調(diào)整模塊的參數(shù)彎曲角?、方位角?以及機器人位姿調(diào)整模塊的高度變化量s之間的具體函數(shù)關(guān)系表達式。對雙螺桿驅(qū)動的并聯(lián)關(guān)節(jié)進行動力學(xué)分析建立其動力學(xué)模型，并對雙向控制的穩(wěn)定性進行分析，然后對該模型進行了仿真分析，通過仿真分析驗證了該方法對雙螺桿機構(gòu)有較好的控制效果。
　　對活檢針進行受力分析，根據(jù)組織刺破前后受力的特點，分別對剛性力、摩擦力和切割