【摘要】：心血管疾病死亡率占人類死亡原因的第一位并逐年增加,同時介入手術(shù)會對醫(yī)生造成比較嚴(yán)重的傷害,這就迫切需要引入機(jī)器人技術(shù)輔助醫(yī)生完成血管微創(chuàng)介入手術(shù)。具有力覺臨場感的主從式手術(shù)機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)遙操作手術(shù),具有非常廣闊的市場前景和巨大的需求,對提高基層醫(yī)療水平具有探索性的意義。本文設(shè)計了一種新型的具有力反饋功能、主從同構(gòu)型的血管微創(chuàng)介入手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng),針對現(xiàn)有血管介入手術(shù)機(jī)器人普遍存在的消毒、力反饋、遞送精度等核心問題,展開了研究,主要工作和成果如下:首先,針對現(xiàn)有手術(shù)機(jī)器人存在的問題,結(jié)合手術(shù)的具體過程,采用模塊化的設(shè)計方法,對主從操作血管介入手術(shù)機(jī)器人的主手端操作機(jī)構(gòu)和從手端導(dǎo)絲遞送機(jī)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的構(gòu)型設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計,并計算了整體性能參數(shù)。其次,研究了質(zhì)量、剛度對遞送機(jī)構(gòu)動特性的影響,發(fā)現(xiàn)質(zhì)量是影響遞送機(jī)構(gòu)動特性的關(guān)鍵因素,在此基礎(chǔ)上利用有限元原理對移動指關(guān)鍵零件進(jìn)行了輕量化分析,降低了移動指的質(zhì)量,提高了遞送機(jī)構(gòu)的動特性。對不同形狀、不同張開角的夾持爪進(jìn)行了有限元分析,選擇了一種最優(yōu)的設(shè)計,并對其進(jìn)行了不同工況的強(qiáng)度、剛度校核。最后,建立了操作機(jī)構(gòu)和遞送機(jī)構(gòu)的動力學(xué)模型;針對遞送機(jī)構(gòu)受到導(dǎo)管/導(dǎo)絲阻力非線性、不確定擾動的問題,設(shè)計了具有很強(qiáng)魯棒性的自適應(yīng)滑模控制器,實(shí)現(xiàn)了主從位置跟蹤的準(zhǔn)確控制。通過對不同算法仿真結(jié)果的對比分析,得知自適應(yīng)滑模控算法減小了不確定外界擾動對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,減小了控制偏差,提高了響應(yīng)速度、系統(tǒng)的魯棒性和精確性。
【圖文】：

a) 6 自由度 AESOP 機(jī)器人 b) 手術(shù)場景圖 1-1AESOP 機(jī)器人a) 從手端 b) 主手端圖 1-2 外科手術(shù)機(jī)器人 ZEUS 系統(tǒng)Intuitive Surgical 公司 1997 年成功研制了手術(shù)機(jī)器人—Da Vinci 機(jī)器人系統(tǒng) 1-3 所示。Da Vinci 外科手術(shù)機(jī)器人是目前真正進(jìn)入臨床的、最具有代表手術(shù)機(jī)器人，，截止 2016 年，該系統(tǒng)全球裝機(jī)量已達(dá)數(shù)千臺，應(yīng)用于泌尿外科、婦科和腹部外科等多種外科手術(shù)，累計完成達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù) 1.5 萬是前列腺癌根治手術(shù)治療的“金標(biāo)準(zhǔn)”[33]。

a) 從手端 b) 主手端圖 1-2 外科手術(shù)機(jī)器人 ZEUS 系統(tǒng)Intuitive Surgical 公司 1997 年成功研制了手術(shù)機(jī)器人—Da Vinci 機(jī)器人系統(tǒng)[32]如圖 1-3 所示。Da Vinci 外科手術(shù)機(jī)器人是目前真正進(jìn)入臨床的、最具有代表性的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人，截止 2016 年，該系統(tǒng)全球裝機(jī)量已達(dá)數(shù)千臺，應(yīng)用于泌尿外科心胸外科、婦科和腹部外科等多種外科手術(shù)，累計完成達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù) 1.5 萬臺而且是前列腺癌根治手術(shù)治療的“金標(biāo)準(zhǔn)”[33]。圖 1-3 Da Vinci 手術(shù)機(jī)器人
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP242;TH77

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