微創(chuàng)手術機器人系統(tǒng)作為新興的服務機器人,迅速成為研究者們研究的熱點。與傳統(tǒng)手術相比,微創(chuàng)手術具有傷口小、出血量少、術后恢復快和瘢痕少等優(yōu)點。然而微創(chuàng)手術機器人系統(tǒng)還未能大范圍使用,其自身還存在一定的缺陷。針對微創(chuàng)手術機器人系統(tǒng),本文通過閱讀文獻,分析微創(chuàng)手術機器人系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀,提出了附加反饋力和附加位移問題。針對以上兩個問題,本文進行了以下研究:采用拉格朗日定理并結合旋量理論,對主操作手的結構進行分析,建立主操作手的動力學模型;基于庫倫-粘滯摩擦力模型,分析主操作手關節(jié)摩擦力產(chǎn)生的原因,建立包含關節(jié)耦合摩擦力的主操作手關節(jié)摩擦力模型。將主操作手的動力學模型和關節(jié)摩擦力模型結合起來得到優(yōu)化后的主操作手完整的動力學模型,并對其進行簡化處理。采用離線辨識方法,搭建實驗平臺辨識出主操作手Phantom Desktop的動力學參數(shù),并進行驗證。與未進行優(yōu)化的主操作手動力學模型參數(shù)進行對比,結果表明優(yōu)化后的主操作手動力學模型可以更好地描述主操作手的動力學特性。在優(yōu)化后的主操作手完整動力學模型的基礎上,分析附加反饋力和附加位移產(chǎn)生的原因和補償原理,提出相應的補償策略。建立操作者手臂的彈簧質量阻尼模... 

【文章頁數(shù)】：90 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 微創(chuàng)手術機器人系統(tǒng)概述
    1.3 國內外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 力反饋設備方面
        1.3.2 控制算法方面
    1.4 研究難點
        1.4.1 主操作手的附加反饋力問題
        1.4.2 主操作手的附加位移問題
    1.5 本文的主要研究內容
第二章 主操作手的動力學建模
    2.1 引言
    2.2 旋量理論概述
    2.3 拉格朗日定理基本概念
    2.4 主操作手的動力學建模
    2.5 主操作手動力學模型的簡化處理
        2.5.1 主操作手的重力補償
        2.5.2 主操作手的線性化處理
    2.6 主操作手的摩擦力模型
        2.6.1 靜摩擦模型
        2.6.2 動摩擦模型
        2.6.3 主操作手的關節(jié)摩擦力模型
    2.7 本章小結
第三章 主操作手的動力學參數(shù)辨識
    3.1 引言
    3.2 參數(shù)辨識實驗方案
        3.2.1 辨識方法選擇
        3.2.2 激勵軌跡的選擇
        3.2.3 實驗平臺
        3.2.4 控制器的選擇
        3.2.5 實驗過程
        3.2.6 數(shù)據(jù)處理算法的選擇
    3.3 未優(yōu)化的主操作手完整動力學模型
    3.4 參數(shù)辨識實驗結果分析
        3.4.1 動力學參數(shù)結果
        3.4.2 動力學參數(shù)的驗證
    3.5 本章小結
第四章 主操作手的附加反饋力/位補償研究
    4.1 引言
    4.2 主操作手的雅克比矩陣
        4.2.1 正運動學分析
        4.2.2 逆運動學分析
        4.2.3 主操作手的雅克比矩陣
    4.3 附加反饋力補償研究
        4.3.1 附加反饋力產(chǎn)生原因
        4.3.2 附加反饋力補償策略
    4.4 附加位移補償研究
        4.4.1 附加位移產(chǎn)生原因
        4.4.2 附加位移補償原理
        4.4.3 操作者手臂模型
        4.4.4 附加位移補償策略的仿真驗證
    4.5 本章小結
第五章 遙操作實驗驗證
    5.1 引言
    5.2 主從式遙操作實驗平臺的搭建
        5.2.1 實驗設備
        5.2.2 數(shù)據(jù)傳輸
        5.2.3 具有力/位補償單元的直接力反饋控制結構
    5.3 實驗數(shù)據(jù)的測量方法
    5.4 遙操作實驗
        5.4.1 主、從操作手的位置跟蹤性
        5.4.2 主、從操作手的力覺透明性
    5.5 本章小結
第六章 總結與展望
    6.1 全文總結
    6.2 工作展望
參考文獻
發(fā)表論文和參加科研情況
致謝



本文編號：3672532