【摘要】：傳統(tǒng)的介入手術(shù)是以自然腔道為通路,在醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的引導(dǎo)下,將細(xì)長的內(nèi)鏡和導(dǎo)管等送到病變部位,實施必要的診斷和治療的過程。在手術(shù)實施過程中,醫(yī)生需要穿上厚重的鉛服,手術(shù)過程極其不便,且易對人體造成損傷。利用機(jī)器人輔助醫(yī)生實施介入手術(shù),不僅可以大大降低工作強(qiáng)度,簡化手術(shù)流程,而且能夠提高手術(shù)的精度,減少射線對醫(yī)患的輻射傷害。傳統(tǒng)介入導(dǎo)管只能沿著導(dǎo)絲方向進(jìn)行被動彎曲,易對人體血管造成損傷。針對傳動介入導(dǎo)管的這些缺陷,本文研制了能夠主動彎曲與捻轉(zhuǎn)的微創(chuàng)介入手術(shù)機(jī)器人,采用多節(jié)連續(xù)體構(gòu)型、通過繩索驅(qū)動,并由滑輪傳動。針對驅(qū)動繩索運動過程中存在非線性摩擦力的問題,對滑輪-繩索系統(tǒng)傳動特性進(jìn)行研究,建立摩擦力與包角的函數(shù)關(guān)系,分析摩擦力與材料特性的關(guān)系。最后,利用拉力傳感器對傳動過程中繩索的輸入、輸出拉力進(jìn)行測量,分析了包角對繩索系統(tǒng)摩擦力的影響,并通過實驗驗證了傳動模型的準(zhǔn)確性。針對心血管介入手術(shù)任務(wù),對機(jī)器人在血管中的運動軌跡進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃。首先研究了三維體素模型,利用并行拓?fù)浼?xì)化算法對三維體素模型進(jìn)行骨架提取;進(jìn)而設(shè)計了一種基于切面中心的血管內(nèi)壁骨架提取算法,用于獲取離散的骨架曲線;對后續(xù)實驗中血管放大模型進(jìn)行骨架提取,擬合并生成機(jī)器人介入作業(yè)的運動軌跡,為后續(xù)的半自主介入實驗奠定基礎(chǔ)。對本文設(shè)計的連續(xù)體機(jī)器人進(jìn)行運動學(xué)建模,分析了其驅(qū)動空間、操作空間和關(guān)節(jié)空間三者的映射關(guān)系;推導(dǎo)機(jī)器人的動力學(xué)模型,利用計算力矩法設(shè)計滑�？刂破�,對機(jī)器人進(jìn)行軌跡跟蹤控制仿真研究,分析其軌跡跟蹤的效果。最后,提出了介入機(jī)器人系統(tǒng)主從控制策略,建立主從映射關(guān)系,并設(shè)計了機(jī)器人的控制模式—關(guān)節(jié)控制和點位控制。針對微創(chuàng)介入手術(shù)機(jī)器人原理樣機(jī),設(shè)計了多級分布式控制系統(tǒng),編寫了具有三維導(dǎo)航的機(jī)器人半自主運動控制軟件,對具有4自由度的連續(xù)體機(jī)器人進(jìn)行第一段和第二段彎曲捻轉(zhuǎn)試驗,驗證其運動學(xué)模型的正確性;同時,利用主手控制機(jī)器人進(jìn)行微創(chuàng)介入手術(shù)操作,并進(jìn)行半自主介入模擬實驗,驗證了所提取模擬血管骨架的準(zhǔn)確性。
【圖文】：

“妙手”微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)

圖 1.9 基于柔性彈簧基座的微創(chuàng)介入神經(jīng)外科顱內(nèi)機(jī)器人（結(jié)構(gòu)設(shè)計和驅(qū)動系統(tǒng)）哈爾濱工業(yè)大學(xué)設(shè)計了一款利用 SMA 驅(qū)動的連續(xù)體機(jī)器人[23]，如圖 1.10 所示，連續(xù)體機(jī)器人為四節(jié) SMA 驅(qū)動的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，每個單元由 SMA 驅(qū)動模塊、偏置彈簧、連接頭、硅膠管和導(dǎo)線構(gòu)成。機(jī)器人在內(nèi)管中的彎曲導(dǎo)向，主要依靠 SMA 驅(qū)動器伸縮變形來完成。SMA 驅(qū)動器
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP242;TH789

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 倪自強(qiáng);王田苗;劉達(dá);;醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)發(fā)展綜述[J];機(jī)械工程學(xué)報;2015年13期

2 吳青聰;王興松;杜峰坡;陳林;;雙套索系統(tǒng)力矩傳動特性與摩擦補償分析[J];機(jī)械工程學(xué)報;2015年05期

3 王田苗;陶永;;我國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略[J];機(jī)械工程學(xué)報;2014年09期

4 何春華;張雪飛;胡迎春;;基于改進(jìn)Sobel算子的邊緣檢測算法的研究[J];光學(xué)技術(shù);2012年03期

5 曹玉君;尚建忠;梁科山;范大鵬;馬東璽;唐力;;軟體機(jī)器人研究現(xiàn)狀綜述[J];機(jī)械工程學(xué)報;2012年03期

6 馬銳;伍鐵如;;基于廣義勢場的三維形體多層次線骨架構(gòu)建[J];計算機(jī)應(yīng)用;2011年01期

7 胡海燕;王鵬飛;孫立寧;趙勃;李滿天;;線驅(qū)動連續(xù)型機(jī)器人的運動學(xué)分析與仿真[J];機(jī)械工程學(xué)報;2010年19期

8 王國彪;彭芳瑜;王樹新;朱曬紅;王田苗;;微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人研究進(jìn)展——“微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人及器械基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)”雙清論壇綜述[J];中國科學(xué)基金;2009年04期

9 付宜利;李顯凌;梁兆光;;基于形狀記憶合金的自主導(dǎo)管導(dǎo)向機(jī)器人設(shè)計[J];機(jī)械工程學(xué)報;2008年09期

10 蔡俊鋒;趙強(qiáng);;機(jī)器人輔助心臟外科手術(shù)術(shù)前規(guī)劃的研究[J];上海醫(yī)學(xué);2006年12期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 胡海燕;半自主式結(jié)腸內(nèi)窺鏡機(jī)器人系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

2 劉浩;導(dǎo)管機(jī)器人系統(tǒng)的建立及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

1 趙曉娣;樹木三維模型骨架提取方法研究[D];電子科技大學(xué);2015年

2 賈現(xiàn)軍;小型水下救援機(jī)器人位姿控制及其在水下搜救中的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2014年

3 高金龍;微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人力感知與力反饋關(guān)鍵技術(shù)研究[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2014年

4 楊永璐;微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人主從控制系統(tǒng)構(gòu)建及實現(xiàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

5 張磊;血管微創(chuàng)介入手術(shù)導(dǎo)管導(dǎo)航技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

6 王文權(quán);模擬動脈環(huán)境下介入診療機(jī)器人的研究[D];南京航空航天大學(xué);2009年

7 鄧維;血管微創(chuàng)介入手術(shù)三維可視化導(dǎo)航技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

，

本文編號：2649671