本文關(guān)鍵詞：基于輸出調(diào)節(jié)器的心臟手術(shù)機(jī)器人的跟蹤控制

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【摘要】：近年來(lái),冠心病的發(fā)病率和死亡率都在逐年上升,嚴(yán)重威脅著人類健康。冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)是治療冠心病的有效手段。這種手術(shù)可以用體外循環(huán)或者非體外循環(huán)這兩種方式進(jìn)行。為了避免后遺癥一般會(huì)采用非體外循環(huán)的方式。非體外循環(huán)就是使用機(jī)械裝置抑制心臟運(yùn)動(dòng)。但是被固定的心臟仍有明顯的殘余運(yùn)動(dòng),這就使得外科醫(yī)生的操作很難進(jìn)行。為了解決這一問(wèn)題,人們?cè)O(shè)計(jì)了能自動(dòng)跟蹤心臟運(yùn)動(dòng)的手術(shù)機(jī)器人。在機(jī)器人輔助手術(shù)中,帶有攝像頭的手術(shù)機(jī)器人與心臟表面的感興趣點(diǎn)(POI)相對(duì)靜止,外科醫(yī)生通過(guò)視頻觀看手術(shù)場(chǎng)景,就會(huì)感覺(jué)心臟表面的POI是固定不動(dòng)的。然而,心臟運(yùn)動(dòng)具有快速且不規(guī)律的特點(diǎn),所以大多數(shù)控制方法并不能使手術(shù)機(jī)器人精確地跟蹤心臟運(yùn)動(dòng)。針對(duì)這一問(wèn)題,本論文采用了輸出調(diào)節(jié)器的控制方法。首先,本文對(duì)心臟運(yùn)動(dòng)信號(hào)做了頻譜分析和參數(shù)辨識(shí)。對(duì)心臟運(yùn)動(dòng)信號(hào)的頻譜分析表明,心臟運(yùn)動(dòng)信號(hào)主要由呼吸和心跳分量及其耦合諧波組成。根據(jù)頻譜分析的結(jié)果,我們采用了雙譜傅里葉級(jí)數(shù)作為心臟運(yùn)動(dòng)信號(hào)的模型,并使用Levenberg Marquardt算法對(duì)心臟運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)。辨識(shí)所得到的基波頻率信息將作為心臟運(yùn)動(dòng)模型的參數(shù)。同時(shí),辨識(shí)結(jié)果表明,諧波個(gè)數(shù)相等的情況下,帶有耦合項(xiàng)的傅里葉級(jí)數(shù)模型比不帶耦合項(xiàng)的模型可以更精確地描述心臟運(yùn)動(dòng)信號(hào)。然后,本文根據(jù)機(jī)器人模型和心臟運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力模型設(shè)計(jì)了輸出調(diào)節(jié)器。輸出調(diào)節(jié)器包括狀態(tài)和輸出反饋兩種方式,考慮到有一部分狀態(tài)是可以通過(guò)直接測(cè)量得到,我們所采用的輸出調(diào)節(jié)器介于這兩者之間。這種輸出調(diào)節(jié)器的有效性在本文中得到了理論上的證明。最后,本文通過(guò)Simulink仿真比較了輸出調(diào)節(jié)器和其他控制方法,比如模型預(yù)測(cè)控制和PD控制。仿真結(jié)果表明,輸出調(diào)節(jié)器的性能是優(yōu)于模型預(yù)測(cè)控制和PD控制的。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH77;TP242

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