【摘要】：隨著機器人智能化程度的不斷提高,利用外科手術機器人自主完成繁瑣且耗時的手術操作,如縫合、打結等,不僅能夠拓展醫(yī)生的技能,而且可代替部分醫(yī)生的工作,對于縮短手術時間、減少手術操作失誤、提高手術質(zhì)量具有重要意義。為了解決機器人輔助微創(chuàng)手術普遍存在的操作直觀性差、力反饋功能缺失、醫(yī)生容易因疲勞而誤操作等問題,提高微創(chuàng)手術機器人的智能操作水平,最終實現(xiàn)自主操作微創(chuàng)手術的目的。本文設計了一種面向自主操作的新型微創(chuàng)手術機構,并對該機構進行了運動學分析及軌跡檢測研究,提出利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡訓練獲取微創(chuàng)手術機構自主操作策略的控制方法,基于搭建的實驗平臺驗證了微創(chuàng)手術機構設計的合理性和控制方法的可行性。首先,綜述了微創(chuàng)手術機器人技術、微創(chuàng)手術機構和自主操作微創(chuàng)手術控制方法在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀,分析了現(xiàn)有的微創(chuàng)手術機器人系統(tǒng)方面存在的不足;在分析面向自主操作的微創(chuàng)手術機器人系統(tǒng)工作原理的基礎上,根據(jù)微創(chuàng)手術機構的設計原則和技術要求,設計了一種面向自主操作的對稱型絲傳動微創(chuàng)手術機構;分析微創(chuàng)手術機構的構型和傳動方案,并對它的結構和傳動方案進行詳細設計。其次,對微創(chuàng)手術機構進行正逆運動學分析,利用MATLAB中的機器人工具箱構建微創(chuàng)手術機構的仿真模型,驗證了正逆運動學分析的正確性;構建微創(chuàng)手術機構快換裝置驅(qū)動輪檢測角與關節(jié)角之間的模型,實現(xiàn)微創(chuàng)手術機構軌跡檢測的目的。然后,提出基于神經(jīng)網(wǎng)絡的自主操作控制方法。利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡對微創(chuàng)手術機構驅(qū)動輪檢測關節(jié)角與末端軌跡進行自學習訓練,獲取微創(chuàng)手術機構的自主操作控制策略;利用構建的仿真系統(tǒng)驗證所獲取的自主操作控制策略的正確性。最后,研制了微創(chuàng)手術機構的樣機模型,搭建微創(chuàng)手術機構自主操作實驗平臺;通過關節(jié)靈活性實驗、運動實驗驗證了微創(chuàng)手術機構設計的合理性和良好的運動性能;通過自主操作控制實驗驗證了控制方法的可行性。
【學位授予單位】：河南工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：R61;TP242
【圖文】：

（a）開口手術 （b）傳統(tǒng)微創(chuàng)手術 （c）機器人輔助微創(chuàng)手術圖 1 外科手術的發(fā)展微創(chuàng)外科手術(Minimally Invasive Surgery)簡稱 MIS。它于20世紀80年代開始興起合了臨床醫(yī)學、材料科學、信息科學等各個學科。微創(chuàng)外科手術指的是在病人身體幾個小切口，通過小切口將手術工具及內(nèi)窺鏡等插入病人病患處，臨床醫(yī)生可以通維高清的視覺成像系統(tǒng)，操作單個或者多個可編程控制的精密機械手，施行靶點定位灶損毀、藥物注入等手術任務，可以讓外科手術的傷口更小，設備更智能，儀器更信息數(shù)字化[11]。微創(chuàng)手術機器人系統(tǒng)結構如圖 2 所示。

）開口手術 （b）傳統(tǒng)微創(chuàng)手術 （c）機器人輔圖 1 外科手術的發(fā)展術(Minimally Invasive Surgery)簡稱 MIS。它于20世紀8、材料科學、信息科學等各個學科。微創(chuàng)外科手術指的通過小切口將手術工具及內(nèi)窺鏡等插入病人病患處，臨成像系統(tǒng)，操作單個或者多個可編程控制的精密機械手注入等手術任務，可以讓外科手術的傷口更小，設備更]。微創(chuàng)手術機器人系統(tǒng)結構如圖 2 所示。

圖 3 UCB/UCSF RTW 微創(chuàng)手術機器人96 年，美國 Computer Motion 公司推出具有強大功能的 ZEUS 機器人系統(tǒng)示。該系統(tǒng)的 3 個從操作臂安裝于手術臺上，在手術時，兩個機械臂用來工具，另外一個是用來夾持內(nèi)窺鏡。每個從手都采用 7 自由度設計，利用自由度的主動運動，2 個自由度是被動的關節(jié)，另一個自由度用來固定從用這種設計保證機械臂的阻力最小。被動關節(jié)使從手機械臂實現(xiàn)遠心運動個圓形的主動操作裝置，醫(yī)生可以用主手來控制從手的工作，這樣從手的配，使得醫(yī)生在良好的環(huán)境中快速精確的完成手術操作。

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本文編號：2748850