發(fā)布時(shí)間：2017-09-22 00:21

  本文關(guān)鍵詞：微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人實(shí)時(shí)系統(tǒng)構(gòu)建與主從控制策略

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【摘要】：微創(chuàng)手術(shù)具有創(chuàng)面小、痛感輕和術(shù)后恢復(fù)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn),得到了廣泛的臨床應(yīng)用。但也存在手眼不協(xié)調(diào)、靈活性不足等問(wèn)題。由機(jī)器人技術(shù)與微創(chuàng)技術(shù)結(jié)合的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)能夠克服這些缺陷,顯著地提高手術(shù)效率與效果。于臨床中應(yīng)用微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng),對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和安全性要求很高。而且手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)手術(shù)器械跟隨醫(yī)生手部以相同的趨勢(shì)運(yùn)動(dòng),使得醫(yī)生能夠手眼協(xié)調(diào)操作。本文基于QNX系統(tǒng)構(gòu)建了微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人的軟硬件框架,并研究了內(nèi)窺鏡視野下基于笛卡爾空間的主從一致性增量控制策略,從而構(gòu)建了完整的控制系統(tǒng)。進(jìn)行了多種實(shí)驗(yàn),檢驗(yàn)其實(shí)時(shí)性能和控制策略的有效性。采用分布式I/O與處理的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),確保系統(tǒng)各部分的實(shí)時(shí)性能能夠滿足系統(tǒng)整體的需要。將QNX系統(tǒng)移植到上位機(jī)中,并搭建起各部分之間的通信網(wǎng)絡(luò)。然后按照層級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件系統(tǒng),根據(jù)功能劃分任務(wù),確定實(shí)時(shí)性任務(wù)的結(jié)構(gòu)和優(yōu)先級(jí)。然后分析了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能,結(jié)果表明系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能優(yōu)秀。針對(duì)機(jī)器人主從異構(gòu)的特點(diǎn),研究了內(nèi)窺鏡視野下基于笛卡爾空間的主從一致性增量控制策略。構(gòu)建了機(jī)械臂D-H參數(shù)模型,并根據(jù)機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),求出了機(jī)械臂的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解析解。研究了內(nèi)窺鏡視野下的主從映射方法,并采用視覺(jué)測(cè)量技術(shù)快速準(zhǔn)確地測(cè)出機(jī)械臂之間的姿態(tài)關(guān)系。為了提升系統(tǒng)的使用性能,開(kāi)發(fā)了主從術(shù)中調(diào)整、主手抖動(dòng)濾除和操作安全限制等主從控制功能。針對(duì)所構(gòu)建的控制系統(tǒng)開(kāi)展了實(shí)時(shí)性能比較實(shí)驗(yàn)、主從控制實(shí)驗(yàn)和活體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,從手機(jī)械臂能夠快速及時(shí)地跟隨主操作手運(yùn)動(dòng),具有良好的實(shí)時(shí)性能;控制系統(tǒng)能夠使得操作者手眼協(xié)調(diào)、直覺(jué)地完成各種手術(shù)操作;主從控制功能提高了機(jī)器人系統(tǒng)的穩(wěn)定性、靈活性和安全性。實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展也為微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人在臨床中應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人 實(shí)時(shí)性能 主從控制 QNX系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH777
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 課題來(lái)源9
• 1.2 課題研究背景及意義9-11
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-17
• 1.3.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀簡(jiǎn)析16-17
• 1.4 主要研究?jī)?nèi)容17-19
• 第2章 基于QNX的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)構(gòu)建19-37
• 2.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)19-23
• 2.1.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確定19-20
• 2.1.2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方案20-23
• 2.2 基于QNX的硬件系統(tǒng)構(gòu)建23-28
• 2.2.1 QNX系統(tǒng)裁剪和移植24-26
• 2.2.2 控制系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建26-28
• 2.3 基于QNX的軟件系統(tǒng)構(gòu)建28-35
• 2.3.1 軟件系統(tǒng)層級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)28-29
• 2.3.2 任務(wù)劃分與優(yōu)先級(jí)分配29-32
• 2.3.3 任務(wù)循環(huán)結(jié)構(gòu)與任務(wù)間通訊32-35
• 2.4 控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能分析35-36
• 2.5 本章小結(jié)36-37
• 第3章 主從控制策略與方法研究37-58
• 3.1 主從控制策略37-39
• 3.1.1 微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)配置介紹37-38
• 3.1.2 笛卡爾空間內(nèi)的增量控制策略38-39
• 3.2 從手機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)求解39-44
• 3.2.1 從手機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)正解39-41
• 3.2.2 從手機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解41-44
• 3.3 主從一致性映射方法44-50
• 3.3.1 內(nèi)窺鏡視野下主從一致性映射方法44-46
• 3.3.2 機(jī)械臂間姿態(tài)角視覺(jué)測(cè)量46-50
• 3.4 主從控制功能實(shí)現(xiàn)50-57
• 3.4.1 主從術(shù)中調(diào)整50-52
• 3.4.2 主手抖動(dòng)濾除52-54
• 3.4.3 操作安全限制54-57
• 3.5 本章小結(jié)57-58
• 第4章 微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)研究58-69
• 4.1 微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)集成58-60
• 4.2 控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)60-64
• 4.2.1 運(yùn)行時(shí)間對(duì)比實(shí)驗(yàn)61-62
• 4.2.2 延遲時(shí)間對(duì)比實(shí)驗(yàn)62-64
• 4.3 基于QNX系統(tǒng)的主從控制實(shí)驗(yàn)64-66
• 4.3.1 主從軌跡對(duì)比實(shí)驗(yàn)64-65
• 4.3.2 抓取和套圈實(shí)驗(yàn)65-66
• 4.4 活體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)66-68
• 4.5 本章小結(jié)68-69
• 結(jié)論69-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其他成果75-77
• 致謝77

，

本文編號(hào)：897718