本文關鍵詞：主從式機器人輔助穿刺控制技術研究　出處：《北京交通大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：現(xiàn)代醫(yī)療機器人應用中,機器人輔助穿刺手術成為了研究的熱點。有些手術環(huán)境輻射大,容易對醫(yī)生產(chǎn)生危害,醫(yī)生在穿刺過程中須小心操控手術器械,容易產(chǎn)生疲勞。主從式機器人輔助穿刺系統(tǒng)可以避免醫(yī)生直面輻射,臨場感強,并且能夠將精密器械與醫(yī)生豐富經(jīng)驗結合,提高手術操作精度和質量。論文針對主從式機器人穿刺系統(tǒng)的控制問題開展相關研究,主要完成了以下的工作:首先,主從式機器人穿刺系統(tǒng)硬件平臺搭建。主從式機器人在醫(yī)療上的應用主要目的是避免醫(yī)生面對輻射,可以在手術室外對機器人進行操作,在手術室內從手根據(jù)醫(yī)生的操作進行同步運動,進行穿刺實驗。根據(jù)實驗的精度和可操作性的要求,搭建了主從機械手實驗平臺。其次,主從式機器人穿刺系統(tǒng)控制算法研究。由于穿刺的組織器官是非均勻的粘彈軟組織,在力作用下會發(fā)生移位和非線性變形,且穿刺過程中通常會經(jīng)過不同層次的器官組織。這里,研究滑模變結構控制和阻抗控制策略,根據(jù)穿刺豬肝臟的分層情況,進行了系統(tǒng)仿真,調整參數(shù)降低主從機械手位移和力跟蹤的誤差,保持主從機械手運動的一致性。最后,對明膠,豬肝臟和五花肉進行穿刺實驗。利用C++語言設計實現(xiàn)控制算法,進行主從式機器人穿刺,采集實驗數(shù)據(jù),驗證主從手力和位移運動上的一致性以及阻抗控制效果。系統(tǒng)利用一類新型光纖傳感器,實時測量穿刺針尖上的作用力,并反饋于阻抗控制器,實現(xiàn)機器人針穿刺力反饋控制,提高穿刺安全。論文的相關工作將為醫(yī)療機器人尤其是穿刺輔助機器人的研發(fā)提供理論和技術基礎,推動主從式醫(yī)療機器人研究的發(fā)展。
[Abstract]:In the application of modern medical robot, robot-assisted puncture surgery has become a hot spot. Some of the operation environment radiation is large, easy to cause harm to doctors, doctors must carefully control the surgical instruments in the process of puncture. It is easy to produce fatigue. The master-slave robot assisted puncture system can avoid the doctor's direct radiation, strong sense of the field, and can combine the precision instrument with the doctor's rich experience. To improve the accuracy and quality of operation. This paper focuses on the control of master-slave robot puncture system. The main work is as follows: first of all. The hardware platform of the master-slave robot puncture system is built. The main purpose of the master-slave robot in medical application is to avoid the doctors face the radiation and can operate the robot outside the operating room. In the operating room according to the operation of doctors to carry out synchronous movement of the slave hand puncture experiment. According to the accuracy of the experiment and operational requirements a master-slave manipulator experimental platform. Secondly. Research on the control algorithm of the master-slave robot puncture system. Because the tissues and organs of the puncture are non-uniform viscoelastic soft tissue, there will be displacement and nonlinear deformation under the force. And the puncture process usually goes through different levels of organ tissue. In this paper, sliding mode variable structure control and impedance control strategy are studied, and the systemic simulation is carried out according to the stratification of the puncture pig liver. Adjust the parameters to reduce the error of displacement and force tracking of the master-slave manipulator, maintain the consistency of the motion of the master-slave manipulator. Finally, the gelatin. Pig liver and pork puncture experiments. C language design to achieve control algorithm, master-slave robot puncture, collect experimental data. The system uses a new type of optical fiber sensor to measure the force on the tip of the needle in real time and feedback to the impedance controller. The related work of this paper will provide theoretical and technical basis for the research and development of medical robot, especially the puncture assistant robot. Promote the development of master-slave medical robot research.
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

【參考文獻】

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本文編號：1391654