主從式機(jī)器人輔助穿刺控制技術(shù)研究.pdf

1、現(xiàn)代醫(yī)療機(jī)器人應(yīng)用中，機(jī)器人輔助穿刺手術(shù)成為了研究的熱點(diǎn)。有些手術(shù)環(huán)境輻射大，容易對(duì)醫(yī)生產(chǎn)生危害，醫(yī)生在穿刺過程中須小心操控手術(shù)器械，容易產(chǎn)生疲勞。主從式機(jī)器人輔助穿刺系統(tǒng)可以避免醫(yī)生直面輻射，臨場感強(qiáng)，并且能夠?qū)⒕芷餍蹬c醫(yī)生豐富經(jīng)驗(yàn)結(jié)合，提高手術(shù)操作精度和質(zhì)量。
　　論文針對(duì)主從式機(jī)器人穿刺系統(tǒng)的控制問題開展相關(guān)研究，主要完成了以下的工作:
　　首先，主從式機(jī)器人穿刺系統(tǒng)硬件平臺(tái)搭建。主從式機(jī)器人在醫(yī)療上的應(yīng)用主要目的是

2、避免醫(yī)生面對(duì)輻射，可以在手術(shù)室外對(duì)機(jī)器人進(jìn)行操作，在手術(shù)室內(nèi)從手根據(jù)醫(yī)生的操作進(jìn)行同步運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行穿刺實(shí)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的精度和可操作性的要求，搭建了主從機(jī)械手實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
　　其次，主從式機(jī)器人穿刺系統(tǒng)控制算法研究。由于穿刺的組織器官是非均勻的粘彈軟組織，在力作用下會(huì)發(fā)生移位和非線性變形，且穿刺過程中通常會(huì)經(jīng)過不同層次的器官組織。這里，研究滑模變結(jié)構(gòu)控制和阻抗控制策略，根據(jù)穿刺豬肝臟的分層情況，進(jìn)行了系統(tǒng)仿真，調(diào)整參數(shù)降低主從機(jī)械手位移

3、和力跟蹤的誤差，保持主從機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的一致性。
　　最后，對(duì)明膠，豬肝臟和五花肉進(jìn)行穿刺實(shí)驗(yàn)。利用C++語言設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)控制算法，進(jìn)行主從式機(jī)器人穿刺，采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證主從手力和位移運(yùn)動(dòng)上的一致性以及阻抗控制效果。系統(tǒng)利用一類新型光纖傳感器，實(shí)時(shí)測量穿刺針尖上的作用力，并反饋于阻抗控制器，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人針穿刺力反饋控制，提高穿刺安全。
　　論文的相關(guān)工作將為醫(yī)療機(jī)器人尤其是穿刺輔助機(jī)器人的研發(fā)提供理論和技術(shù)基礎(chǔ)，推動(dòng)主從式醫(yī)療機(jī)器人