隨著科學技術的發(fā)展,遙操作機器人在醫(yī)療領域具有廣泛的應用前景。但是基于網(wǎng)絡的遙操作手術機器人也面臨著一些挑戰(zhàn),網(wǎng)絡傳輸時延的存在會影響遙操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性和臨場感。因此,本文研究了基于虛擬仿真預測的主從遙操作手術機器人系統(tǒng),通過在主端控制平臺建立一個虛擬手術仿真系統(tǒng),有效地解決了遙操作系統(tǒng)因為時延而導致的不穩(wěn)定問題,同時使得醫(yī)生在主端控制平臺上能夠?qū)崟r看到并感受到從端手術器械與組織的交互,提高醫(yī)生的臨場感。首先,主端控制平臺搭建一個虛擬手術仿真系統(tǒng),建立組織和手術器械的仿真模型。當醫(yī)生在主端操控觸覺機械臂進行手術時,虛擬手術仿真系統(tǒng)能夠模擬仿真出從端手術器械與組織的交互場景,并計算出相應的交互力,通過觸覺機械臂作用在醫(yī)生手上,有效地解決了時延導致的遙操作手術機器人不穩(wěn)定的問題。其次,由于虛擬手術仿真系統(tǒng)自身亦存在不穩(wěn)定問題,本文設計了一種基于無源理論的能量限制力反饋控制算法來保證虛擬手術交互過程的穩(wěn)定性,并通過實驗證明該算法能夠保證系統(tǒng)穩(wěn)定,且使系統(tǒng)具有較理想的力反饋逼真度。由于軟組織力觸覺模型存在著個體互異性,在手術前只能得到某種組織通用的力觸覺模型,因此相應的模型可能不準確。為了能夠... 

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 課題來源
    1.3 課題研究的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 手術機器人研究現(xiàn)狀
        1.3.2 有時延主從遙操作機器人穩(wěn)定控制算法研究現(xiàn)狀
        1.3.3 虛擬手術仿真系統(tǒng)力反饋穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
    1.5 論文組織結(jié)構
第2章 基于虛擬仿真預測的遙操作手術機器人系統(tǒng)
    2.1 引言
    2.2 基于虛擬仿真預測的遙操作手術機器人系統(tǒng)總體構成
    2.3 主端控制平臺
        2.3.1 虛擬手術仿真系統(tǒng)
        2.3.2 觸覺機械臂
    2.4 從端手術機器人
    2.5 本章小結(jié)
第3章 虛擬手術仿真系統(tǒng)
    3.1 引言
    3.2 虛擬手術仿真系統(tǒng)搭建
        3.2.1 幾何建模
        3.2.2 碰撞檢測
        3.2.3 基于模型參數(shù)辨識的虛擬力
    3.3 虛擬手術仿真系統(tǒng)穩(wěn)定控制算法
        3.3.1 基于無源理論的能量限制力反饋控制算法
        3.3.2 基于無源理論的能量限制力反饋控制算法實驗及結(jié)果分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 基于虛擬仿真預測的遙操作手術機器人控制算法
    4.1 引言
    4.2 遙操作手術機器人PID軌跡跟蹤控制算法
    4.3 虛擬組織的力觸覺模型在線修正算法
        4.3.1 力觸覺模型誤差產(chǎn)生原因
        4.3.2 力觸覺模型在線修正算法
    4.4 本章小結(jié)
第5章 基于虛擬仿真預測的遙操作實驗及其結(jié)果分析
    5.1 引言
    5.2 有無虛擬仿真預測的遙操作手術實驗及其結(jié)果對比分析
        5.2.1 無時延的遙操作手術實驗
        5.2.2 時變時延的遙操作手術實驗
    5.3 力觸覺模型在線修正實驗及其結(jié)果分析
    5.4 本章小結(jié)
第6章 全文總結(jié)和展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 展望
致謝
參考文獻
攻讀學位期間的研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
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[2]達芬奇機器人手術系統(tǒng)——原理、系統(tǒng)組成及應用[J]. 張偉.  中國醫(yī)療器械信息. 2015(03)
[3]膠囊內(nèi)窺鏡在腸道中的鉗位[J]. 陳雯雯,顏國正,賀術,柯全.  光學精密工程. 2013(06)
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博士論文
[1]空間機器人地面遙操作的關鍵技術研究[D]. 徐效農(nóng).東南大學 2017
[2]微創(chuàng)腹腔外科手術機器人執(zhí)行系統(tǒng)研制及其控制算法研究[D]. 馬如奇.哈爾濱工業(yè)大學 2013
[3]基于滑模理論的位置系統(tǒng)控制及摩擦力補償[D]. 郁明.中國科學技術大學 2007

碩士論文
[1]虛擬手術系統(tǒng)的搭建和力反饋算法研究[D]. 何聲星.南昌大學 2017
[2]基于單電機的腹腔內(nèi)微型手術機器人[D]. 張政.上海交通大學 2015
[3]基于力覺修正的遙操作技術研究[D]. 周建武.華中科技大學 2012
[4]基于虛擬現(xiàn)實的力反饋系統(tǒng)建模及穩(wěn)定性研究[D]. 杜榮輝.燕山大學 2011



本文編號：3680360