本文關(guān)鍵詞：機(jī)器人輔助針穿刺穩(wěn)定性分析及路徑規(guī)劃，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：針穿刺過(guò)程中,通常希望能夠精確預(yù)測(cè)靶點(diǎn)的位置,然而靶點(diǎn)除了發(fā)生偏移外還發(fā)生振動(dòng),很難預(yù)測(cè)靶點(diǎn)的精確位置。減小靶點(diǎn)的振動(dòng)幅度即提高穿刺穩(wěn)定性對(duì)提高靶點(diǎn)的預(yù)測(cè)精度具有重要意義。因?yàn)榘悬c(diǎn)的振動(dòng)是由于穿刺針與軟組織之間的相互作用產(chǎn)生的,因此可以通過(guò)穿刺力的振動(dòng)情況來(lái)反映。本文分析了組織材料特性和穿刺速度對(duì)穿刺穩(wěn)定性的影響,并建立了跟穿刺速度相關(guān)的穩(wěn)定性模型,通過(guò)該模型可以選擇合適的穿刺速度來(lái)提高穿刺穩(wěn)定性。本文利用D-H(Denavit-Hartenberg)法建立了斜角柔性穿刺針的正向運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。當(dāng)針尖位于距離目標(biāo)靶點(diǎn)2r(r為圓弧軌跡的半徑)內(nèi)的區(qū)域時(shí),針尖運(yùn)動(dòng)受到可達(dá)性條件的限制,因此提出了時(shí)刻保證針尖對(duì)靶點(diǎn)的可達(dá)性的幾何逼近模型。幾何逼近模型適合于進(jìn)針點(diǎn)與靶點(diǎn)之間的距離小于等于2r的情況,通過(guò)該模型可以得到從進(jìn)針點(diǎn)到靶點(diǎn)的所有可行路徑。仿真結(jié)果表明該模型能夠精確預(yù)測(cè)從進(jìn)針點(diǎn)到靶點(diǎn)的可行路徑,進(jìn)而為路徑規(guī)劃提供了理論依據(jù)。當(dāng)針尖位于距離靶點(diǎn)2r外的區(qū)域時(shí),針尖運(yùn)動(dòng)不受可達(dá)性條件約束,原則上針尖可以任意穿刺,但是穿刺的目的是要到達(dá)目標(biāo)靶點(diǎn),因此,本文提出了一種引導(dǎo)穿刺針向靶點(diǎn)靠近的路徑規(guī)劃算法,該算法同時(shí)允許在有避障需求時(shí)出現(xiàn)針尖不接近靶點(diǎn)的中間進(jìn)針過(guò)程,從而使得針穿刺過(guò)程具有較強(qiáng)的避障能力。同時(shí)本文還給出了將該算法和幾何逼近模型相結(jié)合的方法,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了進(jìn)針點(diǎn)與目標(biāo)靶點(diǎn)的距離大于2r時(shí)的路徑規(guī)劃目標(biāo)。最后通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)表明,該規(guī)劃算法和幾何逼近模型相結(jié)合的方式能夠準(zhǔn)確規(guī)劃出從進(jìn)針點(diǎn)到目標(biāo)靶點(diǎn)的可行路徑。從而利用本算法和幾何逼近模型進(jìn)行最優(yōu)化路徑規(guī)劃時(shí),理論上能保證穿刺針一定刺中目標(biāo)靶點(diǎn),因此為路徑最優(yōu)化規(guī)劃提供了理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：針穿刺 穩(wěn)定性 運(yùn)動(dòng)學(xué) 路徑規(guī)劃 幾何逼近法
【學(xué)位授予單位】：青海大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展10-17
• 1.2.1 國(guó)外研究進(jìn)展10-16
• 1.2.1.1 相互作用機(jī)理10-12
• 1.2.1.2 路徑規(guī)劃12-16
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展16-17
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容17-19
• 第2章 針穿刺穩(wěn)定性19-39
• 2.1 引言19
• 2.2 實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)過(guò)程19-34
• 2.2.1 穩(wěn)定性模型20
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)裝置20-22
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)材料22-25
• 2.2.4 實(shí)驗(yàn)方法25-34
• 2.2.4.1 穿刺力提取27-30
• 2.2.4.2 目標(biāo)段提取30-32
• 2.2.4.3 單位振幅求取32-34
• 2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析34-37
• 2.3.1 單層PVA假體34-35
• 2.3.2 多層PVA假體35-36
• 2.3.3 豬肝36-37
• 2.4 本章小結(jié)37-39
• 第3章 斜角柔性穿刺針運(yùn)動(dòng)學(xué)39-59
• 3.1 引言39
• 3.2 建立坐標(biāo)系統(tǒng)39-40
• 3.2.1 針尖坐標(biāo)系39-40
• 3.2.2 路徑坐標(biāo)系40
• 3.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)40-50
• 3.3.1 穿刺針正向運(yùn)動(dòng)學(xué)40-42
• 3.3.2 穿刺針逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)42-50
• 3.3.2.1 定位針尖初始姿態(tài)過(guò)程44-46
• 3.3.2.2 進(jìn)針過(guò)程46-50
• 3.4 仿真驗(yàn)證50-58
• 3.5 本章小結(jié)58-59
• 第4章 路徑規(guī)劃59-73
• 4.1 引言59-60
• 4.2 路徑規(guī)劃60-68
• 4.2.1 定位針尖初始姿態(tài)過(guò)程60
• 4.2.2 進(jìn)針過(guò)程60-68
• 4.3 仿真驗(yàn)證68-71
• 4.4 本章小結(jié)71-73
• 第5章 結(jié)論與展望73-75
• 5.1 全文結(jié)論73-74
• 5.2 工作展望74-75
• 參考文獻(xiàn)75-80
• 致謝80-81
• 作者簡(jiǎn)介81

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