手術(shù)機(jī)器人在執(zhí)行手術(shù)操作時(shí),存在力覺(jué)反饋能力缺失的問(wèn)題,無(wú)法將手術(shù)器械與人體組織的交互力反饋給醫(yī)生,導(dǎo)致醫(yī)生在執(zhí)行一些精細(xì)操作時(shí),無(wú)法施加精確的作用力,給手術(shù)質(zhì)量和效率帶來(lái)不利影響。為此,手術(shù)機(jī)器人器械的交互力測(cè)量成為研究熱點(diǎn),科研人員基于電磁、光纖光柵等敏感元件開(kāi)展了一系列多維力測(cè)量研究,但目前仍存在測(cè)量維數(shù)不足、維間耦合嚴(yán)重、測(cè)量范圍和精度較低、器械兼容性差等問(wèn)題,難以滿足手術(shù)機(jī)器人器械力覺(jué)信息的測(cè)量要求。本文面向手術(shù)機(jī)器人器械的兩個(gè)關(guān)鍵測(cè)量部位——器械腕部和器械末端,系統(tǒng)的研究了基于光纖光柵原理的多維力測(cè)量方法,涉及到光纖光柵封裝、溫度補(bǔ)償、多維力感知、自解耦測(cè)量等關(guān)鍵內(nèi)容,論文的具體研究工作如下:(1)分析了多維力測(cè)量系統(tǒng)的誤差因素,結(jié)合光纖光柵溫度-應(yīng)變交叉敏感的特點(diǎn),闡明了光纖光柵溫度補(bǔ)償對(duì)多維力測(cè)量誤差的重要影響。建立了光纖光柵封裝與溫度補(bǔ)償效應(yīng)的理論模型,通過(guò)補(bǔ)償誤差的對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究,揭示了光纖光柵溫度補(bǔ)償誤差與光柵封裝方法、溫度變化速率之間的定量關(guān)聯(lián)特性,得出了多維力測(cè)量中誤差最小的光纖光柵溫度補(bǔ)償方法,為后續(xù)的研究提供了理論和技術(shù)支撐。(2)提出了一種器械腕部三維力的...

【文章頁(yè)數(shù)】：148 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)及器械
        1.2.2 基于電磁類敏感元件的手術(shù)機(jī)器人器械多維力測(cè)量
        1.2.3 基于光纖光柵的器械力覺(jué)測(cè)量
    1.3 現(xiàn)狀總結(jié)與問(wèn)題分析
    1.4 論文課題來(lái)源及主要研究?jī)?nèi)容
第2章 考慮溫度補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵多維力測(cè)量和誤差分析
    2.1 引言
    2.2 光纖光柵傳感理論
    2.3 多維力測(cè)量系統(tǒng)的誤差分析
    2.4 光纖光柵溫度補(bǔ)償特性分析
        2.4.1 光纖光柵封裝與溫度補(bǔ)償方式
        2.4.2 熱應(yīng)變傳遞分析
        2.4.3 熱傳導(dǎo)分析
    2.5 光纖光柵溫度補(bǔ)償誤差對(duì)比分析
        2.5.1 不同溫變速率下的補(bǔ)償誤差研究
        2.5.2 溫度補(bǔ)償誤差對(duì)比
    2.6 本章小結(jié)
第3章 器械腕部的光纖光柵三維力自解耦測(cè)量方法
    3.1 引言
    3.2 三維力感知彈性體與力學(xué)模型
    3.3 自解耦的光纖光柵三維力差分測(cè)量法
        3.3.1 三維力作用下的應(yīng)變分布特性
        3.3.2 光纖光柵布設(shè)與差分測(cè)量
    3.4 三維力傳感器的性能測(cè)試
        3.4.1 標(biāo)定與結(jié)果分析
        3.4.2 制造誤差耦合的去耦方法
        3.4.3 抗蠕變與溫度補(bǔ)償誤差
    3.5 本章小結(jié)
第4章 器械腕部的光纖光柵六維力/力矩低耦合測(cè)量方法
    4.1 引言
    4.2 分層感知的彈性體設(shè)計(jì)及測(cè)量方法
    4.3 分層感知的彈性體力學(xué)模型解析
        4.3.1 力矩測(cè)量層力學(xué)模型解析
        4.3.2 力測(cè)量層力學(xué)模型解析
        4.3.3 多維力/力矩測(cè)量矩陣
    4.4 傳感彈性體荷載響應(yīng)分析
    4.5 六維力/力矩傳感器性能測(cè)試
        4.5.1 六維力/力矩標(biāo)定
        4.5.2 傳感器溫度補(bǔ)償性能
        4.5.3 傳感器動(dòng)態(tài)性能
    4.6 本章小結(jié)
第5章 器械末端探針的光纖光柵多維力測(cè)量方法
    5.1 引言
    5.2 末端探針的軸向力敏感結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法
        5.2.1 軸向剛度和徑向剛度的分析與對(duì)比
        5.2.2 軸向力敏感的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與參數(shù)優(yōu)化
    5.3 末端探針的二維力測(cè)量方法
    5.4 考慮軸向力敏感的末端探針三維力測(cè)量方法
        5.4.1 軸向力敏感的探針結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        5.4.2 三維力測(cè)量的波長(zhǎng)處理方法
        5.4.3 三維力標(biāo)定與結(jié)果分析
    5.5 考慮生物相容性的末端探針測(cè)量性能
    5.6 本章小結(jié)
第6章 模擬手術(shù)機(jī)器人操作的多維力/力矩測(cè)量
    6.1 引言
    6.2 光纖光柵多維力/力矩測(cè)量系統(tǒng)
    6.3 模擬鈍性分離手術(shù)的三維力測(cè)量
    6.4 模擬眼科手術(shù)的多維力測(cè)量
    6.5 本章小結(jié)
第7章 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 創(chuàng)新性成果
    7.3 研究工作展望
參考文獻(xiàn)
附錄1 攻讀博士學(xué)位期間取得的科研成果
附錄2 攻讀博士學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目
致謝



本文編號(hào)：3785648