【摘要】：傳統(tǒng)的介入手術是以自然腔道為通路,在醫(yī)學影像設備的引導下,將細長的內(nèi)鏡和導管等送到病變部位,實施必要的診斷和治療的過程。在手術實施過程中,醫(yī)生需要穿上厚重的鉛服,手術過程極其不便,且易對人體造成損傷。利用機器人輔助醫(yī)生實施介入手術,不僅可以大大降低工作強度,簡化手術流程,而且能夠提高手術的精度,減少射線對醫(yī)患的輻射傷害。傳統(tǒng)介入導管只能沿著導絲方向進行被動彎曲,易對人體血管造成損傷。針對傳動介入導管的這些缺陷,本文研制了能夠主動彎曲與捻轉(zhuǎn)的微創(chuàng)介入手術機器人,采用多節(jié)連續(xù)體構型、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)傳動特性進行研究,建立摩擦力與包角的函數(shù)關系,分析摩擦力與材料特性的關系。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確性。針對心血管介入手術任務,對機器人在血管中的運動軌跡進行術前規(guī)劃。首先研究了三維體素模型,利用并行拓撲細化算法對三維體素模型進行骨架提取;進而設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行骨架提取,擬合并生成機器人介入作業(yè)的運動軌跡,為后續(xù)的半自主介入實驗奠定基礎。對本文設計的連續(xù)體機器人進行運動學建模,分析了其驅(qū)動空間、操作空間和關節(jié)空間三者的映射關系;推導機器人的動力學模型,利用計算力矩法設計滑模控制器,對機器人進行軌跡跟蹤控制仿真研究,分析其軌跡跟蹤的效果。最后,提出了介入機器人系統(tǒng)主從控制策略,建立主從映射關系,并設計了機器人的控制模式—關節(jié)控制和點位控制。針對微創(chuàng)介入手術機器人原理樣機,設計了多級分布式控制系統(tǒng),編寫了具有三維導航的機器人半自主運動控制軟件,對具有4自由度的連續(xù)體機器人進行第一段和第二段彎曲捻轉(zhuǎn)試驗,驗證其運動學模型的正確性;同時,利用主手控制機器人進行微創(chuàng)介入手術操作,并進行半自主介入模擬實驗,驗證了所提取模擬血管骨架的準確性。
【圖文】：

“妙手”微創(chuàng)外科手術機器人系統(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)機器人（結構設計和驅(qū)動系統(tǒng)）哈爾濱工業(yè)大學設計了一款利用 SMA 驅(qū)動的連續(xù)體機器人[23]，如圖 1.10 所示，連續(xù)體機器人為四節(jié) SMA 驅(qū)動的串聯(lián)結構，每個單元由 SMA 驅(qū)動模塊、偏置彈簧、連接頭、硅膠管和導線構成。機器人在內(nèi)管中的彎曲導向，主要依靠 SMA 驅(qū)動器伸縮變形來完成。SMA 驅(qū)動器
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP242;TH789

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 倪自強;王田苗;劉達;;醫(yī)療機器人技術發(fā)展綜述[J];機械工程學報;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];機械工程學報;2015年05期

3 王田苗;陶永;;我國工業(yè)機器人技術現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略[J];機械工程學報;2014年09期

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

5 曹玉君;尚建忠;梁科山;范大鵬;馬東璽;唐力;;軟體機器人研究現(xiàn)狀綜述[J];機械工程學報;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建[J];計算機應用;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)型機器人的運動學分析與仿真[J];機械工程學報;2010年19期

8 王國彪;彭芳瑜;王樹新;朱曬紅;王田苗;;微創(chuàng)手術機器人研究進展——“微創(chuàng)手術機器人及器械基礎理論與關鍵技術”雙清論壇綜述[J];中國科學基金;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管導向機器人設計[J];機械工程學報;2008年09期

10 蔡俊鋒;趙強;;機器人輔助心臟外科手術術前規(guī)劃的研究[J];上海醫(yī)學;2006年12期

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

2 劉浩;導管機器人系統(tǒng)的建立及其關鍵技術研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

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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;2015年

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

3 高金龍;微創(chuàng)手術機器人力感知與力反饋關鍵技術研究[D];沈陽工業(yè)大學;2014年

4 楊永璐;微創(chuàng)手術機器人主從控制系統(tǒng)構建及實現(xiàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

5 張磊;血管微創(chuàng)介入手術導管導航技術研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

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

7 鄧維;血管微創(chuàng)介入手術三維可視化導航技術研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2008年

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本文編號：2649671