MRI環(huán)境下乳腺介入機(jī)器人設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、近年來(lái)乳腺癌的發(fā)病率越來(lái)越高，基于圖像導(dǎo)航微創(chuàng)介入式手術(shù)越來(lái)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(duì)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(qiáng)的磁場(chǎng)環(huán)境和有限的工作環(huán)境對(duì)乳腺介入機(jī)器人的應(yīng)用提出了較高的要求。因此對(duì)MRI環(huán)境下乳腺介入機(jī)器人的研究具有非常重要的意義。本文設(shè)計(jì)了一款核磁兼容的乳腺介入機(jī)器人，并對(duì)其運(yùn)動(dòng)學(xué)和工作空間進(jìn)行了分析，另外還對(duì)位姿調(diào)整模塊運(yùn)動(dòng)特性和控制性能進(jìn)行了分析。
　　針對(duì)M

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

3、的長(zhǎng)度誤差、機(jī)器人基平臺(tái)的半徑誤差和機(jī)器人動(dòng)平臺(tái)上的夾角誤差是造成機(jī)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(duì)乳腺介入機(jī)器人位姿誤差的影響；利用Sim Mechanics軟件對(duì)乳腺介入機(jī)器人的工作空間進(jìn)行仿真。建立Sim Mechanics的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真程序和機(jī)器人仿真機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，通過(guò)仿真驗(yàn)證了機(jī)器人的工作區(qū)間滿足要求。
　　位姿調(diào)整模塊的運(yùn)動(dòng)是利用雙螺桿的驅(qū)動(dòng)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)關(guān)節(jié)的三個(gè)螺桿均勻的分布在圓周上。所以整個(gè)

4、圓周被分為了三個(gè)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(gè)螺桿的轉(zhuǎn)數(shù)與機(jī)器人的位姿調(diào)整模塊的參數(shù)彎曲角?、方位角?以及機(jī)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(dá)式。對(duì)雙螺桿驅(qū)動(dòng)的并聯(lián)關(guān)節(jié)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析建立其動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)雙向控制的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，然后對(duì)該模型進(jìn)行了仿真分析，通過(guò)仿真分析驗(yàn)證了該方法對(duì)雙螺桿機(jī)構(gòu)有較好的控制效果。
　　對(duì)活檢針進(jìn)行受力分析，根據(jù)組織刺破前后受力的特點(diǎn)，分別對(duì)剛性力、摩擦力和切割