本文關(guān)鍵詞：股骨干骨折復(fù)位輔助機器人系統(tǒng)研制

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【摘要】：現(xiàn)代工業(yè)、建筑和交通的高速發(fā)展使得“高能損傷”變得越來越常見。微創(chuàng)骨科手術(shù)以其創(chuàng)傷小、恢復(fù)快、疼痛輕的優(yōu)勢逐漸為人所接受。然而微創(chuàng)手術(shù)需要頻繁使用X射線造影設(shè)備。射線損傷,其危害眾所周知,加之微創(chuàng)手術(shù)學(xué)習(xí)曲線長,尚未形成規(guī)范的術(shù)式,嚴重阻礙了微創(chuàng)骨科手術(shù)的普及。本文開發(fā)了一套針對股骨干骨折的輔助復(fù)位機器人,圍繞骨折復(fù)位機構(gòu)、控制和復(fù)位實驗進行了相關(guān)研究。本文首先歸納整理了臨床上針對不同類型的股骨干骨折的復(fù)位手法,對比了國內(nèi)外研究的骨折手術(shù)機器人的優(yōu)缺點之后,依據(jù)手法復(fù)位的步驟和特點,提出了分體式的股骨干骨折復(fù)位機構(gòu)的設(shè)計思路。提出了若干種設(shè)計方案并分析其優(yōu)缺點,最終確定了基于軟體氣囊的無創(chuàng)復(fù)位機構(gòu)和獨立牽引復(fù)位機構(gòu)。用D-H法對復(fù)位機構(gòu)做了正逆運動學(xué)分析,為復(fù)位機構(gòu)的控制做準備。對氣囊式骨折段復(fù)位器中碳纖維套筒的受力進行了理論分析與仿真,對薄弱環(huán)節(jié)進行了優(yōu)化設(shè)計。本文著重研究了本設(shè)計的特殊執(zhí)行器——氣囊。運用ABAQUS軟件對所設(shè)計的乳膠-尼龍氣囊做了有限元仿真,接著實驗結(jié)合仿真研究了氣囊的力學(xué)特性,明確了氣囊的輸出位移與氣囊氣壓以及復(fù)位力之間的定量關(guān)系。探索了一種運用氣壓和力反饋間接得到氣囊膨脹位移的控制模型。然后研究了獨立牽引復(fù)位機構(gòu)的電機驅(qū)動部分和氣囊復(fù)位器的氣動驅(qū)動部分,開發(fā)了基于STM32單片機的下位機和具備人機交互界面的上位機,完成電路板的設(shè)計與加工、單片機和上位機程序的編寫,完成了整個驅(qū)動、控制系統(tǒng)的搭建。最后本文進行了股骨干骨折復(fù)位力的測量實驗,獲得了臨床測量骨折復(fù)位力的第一手資料,對骨折復(fù)位手術(shù)機器人增加了實驗支持,為復(fù)位機構(gòu)的設(shè)計提供參考依據(jù),同時通過分析復(fù)位力,驗證了復(fù)位過程中進行力反饋的必要性。運用所設(shè)計的骨折復(fù)位機器人在真實的手術(shù)室環(huán)境下,對制作的人體假肢進行了骨折復(fù)位實驗,驗證了復(fù)位功能的有效性。
【關(guān)鍵詞】：骨折復(fù)位 氣囊 機器人輔助 股骨干
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 課題研究背景及意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 骨折復(fù)位機器人10-12
• 1.2.2 對比分析12-13
• 1.2.3 復(fù)位力測量13-14
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容14-15
• 1.4 論文組織結(jié)構(gòu)15-16
• 第二章 復(fù)位器的結(jié)構(gòu)設(shè)計及運動學(xué)分析16-34
• 2.1 股骨干骨折的治療過程16-18
• 2.2 獨立牽引旋轉(zhuǎn)復(fù)位裝置的設(shè)計18-22
• 2.2.1 方案設(shè)計18-20
• 2.2.2 吸盤的選用20-21
• 2.2.3 電機選型21-22
• 2.3 骨折段復(fù)位裝置的設(shè)計22-29
• 2.3.1 方案設(shè)計與選擇22-25
• 2.3.2 氣囊的設(shè)計25-27
• 2.3.3 碳纖維套筒的設(shè)計27-29
• 2.4 骨折復(fù)位的運動學(xué)分析29-33
• 2.4.1 D-H坐標系的建立30-31
• 2.4.2 正逆運動學(xué)分析31-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第三章 復(fù)位機構(gòu)軟體驅(qū)動力學(xué)特性研究34-42
• 3.1 氣囊力特性仿真34-36
• 3.1.1 仿真準備34-35
• 3.1.2 仿真結(jié)果35-36
• 3.2 氣囊力特性實驗研究36-41
• 3.2.1 實驗裝置37-38
• 3.2.2 實驗數(shù)據(jù)分析38-41
• 3.3 本章小結(jié)41-42
• 第四章 系統(tǒng)驅(qū)動與軟硬件實現(xiàn)42-58
• 4.1 控制系統(tǒng)的搭建42-43
• 4.1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計42
• 4.1.2 無線組網(wǎng)42-43
• 4.2 器件選型與驅(qū)動設(shè)計43-51
• 4.2.1 基于stm32微控制器43
• 4.2.2 電磁閥及其驅(qū)動43-45
• 4.2.3 力傳感器及其信號處理45-47
• 4.2.4 遙控器模塊47
• 4.2.5 電機驅(qū)動器的選型與設(shè)置47-49
• 4.2.6 拉力傳感器的選型與信號處理49-51
• 4.3 股骨骨折復(fù)位輔助機器人的控制51-55
• 4.3.1 脈寬調(diào)制對控制普通電磁閥的運用51
• 4.3.2 PID算法的運用51-52
• 4.3.3 氣囊控制的下位機程序52-54
• 4.3.4 帶力限制的電機控制54-55
• 4.4 上位機設(shè)計55-57
• 4.4.1 上下位機通訊協(xié)議55-56
• 4.4.2 上位機軟件設(shè)計56-57
• 4.5 本章小結(jié)57-58
• 第五章 股骨骨折復(fù)位機器人實驗58-65
• 5.1 復(fù)位力測量實驗58-61
• 5.1.1 復(fù)位力測量裝置58-60
• 5.1.2 實驗結(jié)果分析60-61
• 5.2 模型復(fù)位實驗61-64
• 5.2.1 實驗裝置61-63
• 5.2.2 實驗效果分析63-64
• 5.3 本章小結(jié)64-65
• 第六章 總結(jié)與展望65-67
• 6.1 總結(jié)65
• 6.2 展望65-67
• 致謝67-68
• 參考文獻68-70

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1 劉景;骨折復(fù)位后在家中如何調(diào)護[N];家庭醫(yī)生報;2006年

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本文編號：1060158