機器人技術(shù)在各個領(lǐng)域的深入應(yīng)用帶動了醫(yī)療手術(shù)機器人的研究,醫(yī)療手術(shù)機器人可以輔助醫(yī)生更好的進行手術(shù),使用它可以實現(xiàn)比手更加精細的動作,達到更好的手術(shù)效果,醫(yī)療機器人是未來手術(shù)的發(fā)展方向。針對醫(yī)療手術(shù)機器人在使用時存在過分穿刺以及抖動補償?shù)膯栴},本文根據(jù)手術(shù)機器人的模型和使用場景,提出了一種基于陀螺儀和加速度計的誤差計算和補償方法,該方法以坐標系之間的關(guān)系為基礎(chǔ)識別動作與誤差并進行補償。通過對組織應(yīng)變特性的具體分析,提出使用基于最小二乘法的壓力傳感器預(yù)測反饋控制方法,基于該方法的控制策略符合人體組織的力學(xué)特性,能夠?qū)崿F(xiàn)手術(shù)機器人在使用中實時的壓力反饋功能。本文以自主設(shè)計的全角度微型手術(shù)機器人模型為被控對象,簡要介紹全角度微型手術(shù)機器人物理結(jié)構(gòu),然后使用仿真軟件建立手術(shù)機器人的DH模型對設(shè)計的手術(shù)機器人模型進行運動學(xué)分析,驗證模型在使用場景下能夠完成特定的動作,根據(jù)已有的電機控制設(shè)計預(yù)估手術(shù)機器人的使用誤差。然后,選取基于STM32F407芯片的運動控制板,根據(jù)控制板選擇驅(qū)動器、傳感器等硬件完成電路的搭建。在此基礎(chǔ)之上,編寫下位機控制軟件、機器人姿態(tài)穩(wěn)定控制程序和壓力反饋控制程序。設(shè)計了用...

【文章頁數(shù)】：108 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 課題的研究背景與意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 本論文主要研究內(nèi)容以及章節(jié)安排
    1.4 本章小結(jié)
第二章 全角度微型手術(shù)機器人的建模仿真
    2.1 引言
    2.2 機器人模型介紹
    2.3 機器人的DH模型
        2.3.1 模型的建立
        2.3.2 手術(shù)機器人的運動學(xué)正解與逆解
    2.4 手術(shù)機器人空間軌跡的仿真
    2.5 組織建模以及壓力反饋控制仿真
    2.6 本章小結(jié)
第三章 機器人控制系統(tǒng)的設(shè)計方案
    3.1 引言
    3.2 機器人運動控制系統(tǒng)整體設(shè)計方案
    3.3 機器人運動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計方案
    3.4 機器人運動控制系統(tǒng)軟件設(shè)計方案
    3.5 反饋控制流程
    3.6 壓力傳感器數(shù)值與機器人控制動作的邏輯關(guān)系
    3.7 本章小結(jié)
第四章 機器人運動控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計
    4.1 引言
    4.2 主控制芯片的選擇
    4.3 STM32主控板硬件資源以及原理圖
    4.4 時鐘模塊的電路設(shè)計
    4.5 主控板電源接口電路以及復(fù)位電路的設(shè)計
    4.6 存儲器模塊的電路設(shè)計
    4.7 壓力傳感器模塊
    4.8 步進電機及其驅(qū)動器介紹
    4.9 編碼器接口
    4.10 四路步進電機控制接口
    4.11 仿真器接口原理圖
    4.12 通用輸入輸出IO口
    4.13 RS232串口通訊
    4.14 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊
    4.15 MPU6050模塊
    4.16 本章小結(jié)
第五章 機器人運動控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計
    5.1 引言
    5.2 系統(tǒng)軟件框架
    5.3 上位機控制界面及其實現(xiàn)說明
    5.4 STM32啟動流程的分析
    5.5 下位機控制軟件的實現(xiàn)及其說明
    5.6 電機控制方案以及代碼實現(xiàn)
        5.6.1 驅(qū)動器相關(guān)GPIO初始化配置
        5.6.2 電機轉(zhuǎn)速設(shè)定理論依據(jù)以及輸出相關(guān)配置
    5.7 編碼器的角度讀取
    5.8 壓力傳感器模數(shù)轉(zhuǎn)換配置
    5.9 時間序列分析-基于最小二乘法的壓力傳感器數(shù)值預(yù)測
    5.10 姿態(tài)穩(wěn)定
        5.10.1 姿態(tài)穩(wěn)定研究
        5.10.2 姿態(tài)穩(wěn)定仿真及其程序?qū)崿F(xiàn)
    5.11 系統(tǒng)時鐘配置程序
    5.12 RS232 通信功能引腳GPIO初始化
    5.13 MPU6050配置與操作函數(shù)
    5.14 本章小結(jié)
第六章 實驗與調(diào)試
    6.1 引言
    6.2 系統(tǒng)整體硬件連接
    6.3 單步模式控制實驗
    6.4 連動模式控制實驗
    6.5 姿態(tài)穩(wěn)定實驗
    6.6 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 總結(jié)
    7.2 展望
參考文獻
附錄
致謝
攻讀學(xué)位期間參加的科研項目和成果



本文編號：3837199