機(jī)器人微創(chuàng)手術(shù)不但繼承了傳統(tǒng)微創(chuàng)手術(shù)創(chuàng)口小,痛苦少,恢復(fù)快的優(yōu)點(diǎn),而且能夠提供更靈活,精準(zhǔn)的操作,克服手眼不協(xié)調(diào),減輕醫(yī)生疲勞。力反饋主手作為醫(yī)生與微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人交互的載體,一方面將醫(yī)生的操作動(dòng)作傳遞給從端控制從手機(jī)械臂完成手術(shù)操作,另一方面將從手機(jī)械臂與患者組織的交互作用力反饋給醫(yī)生。力反饋主手性能的好壞直接影響到微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的整體性能,進(jìn)而影響到手術(shù)的安全性和可靠性。本文針對(duì)微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)中的力反饋主手,圍繞力反饋主手的設(shè)計(jì)與優(yōu)化,力反饋主手奇異回避與重力補(bǔ)償及摩擦補(bǔ)償,主手力反饋控制策略,以及微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人主從控制綜合實(shí)驗(yàn)等多個(gè)方面開(kāi)展研究。根據(jù)微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人的特點(diǎn),研制了面向微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人應(yīng)用的專用型力反饋主手。確定了手臂位置輸出機(jī)構(gòu)采用平行四邊形將驅(qū)動(dòng)裝置前移減小慣量,腕部姿態(tài)輸出機(jī)構(gòu)采用具有冗余主動(dòng)調(diào)整關(guān)節(jié)提高操作靈活性。通常力反饋主手以及微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人的控制周期達(dá)到上千Hz,針對(duì)力反饋主手控制的實(shí)時(shí)性要求,選用基于高速實(shí)時(shí)總線的控制系統(tǒng)架構(gòu),實(shí)現(xiàn)了對(duì)力反饋主手控制算法的集中式控制和關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)的分布式處理。該控制系統(tǒng)架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是能夠方便的進(jìn)行擴(kuò)展,將從機(jī)械臂集成到系... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

傳統(tǒng)微創(chuàng)手術(shù)Fig.1-1TraditionalMIS

雖然微創(chuàng)手術(shù)具有無(wú)比的優(yōu)越性，但是如圖1-1所示微創(chuàng)手術(shù)的操作示意圖：在進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)時(shí)，醫(yī)生操作手術(shù)器械的運(yùn)動(dòng)自由度被約束為5個(gè)，并且醫(yī)生在操作的過(guò)程中存在杠桿效應(yīng)，導(dǎo)致手眼不協(xié)調(diào)，容易使醫(yī)生在操作過(guò)程中產(chǎn)生疲勞，容易產(chǎn)生操作失誤，并且醫(yī)生學(xué)習(xí)曲線長(zhǎng)。這些特點(diǎn)使得微創(chuàng)手術(shù)限制在相對(duì)簡(jiǎn)單易操作的手術(shù)當(dāng)中。醫(yī)生迫切期望通過(guò)輔助設(shè)備克服上述微創(chuàng)手術(shù)中的缺點(diǎn)，以便擴(kuò)大微創(chuàng)手術(shù)的應(yīng)用范圍，在更多的領(lǐng)域中開(kāi)展復(fù)雜精細(xì)的微創(chuàng)手術(shù)，給患者和社會(huì)帶來(lái)福利[6]。圖1-1傳統(tǒng)微創(chuàng)手術(shù)Fig.1-1TraditionalMIS圖1-2機(jī)器人微創(chuàng)手術(shù)[7]Fig.1-2Roboticminimallyinvasivesurgery[7]主從式微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人是將機(jī)器人技術(shù)與傳統(tǒng)的微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)相結(jié)合的一種機(jī)器人系統(tǒng)，通常采用主從控制的方式。如圖1-2所示為典型微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)達(dá)芬奇Si，由三個(gè)部分組成：醫(yī)生操作臺(tái)，從機(jī)械臂系統(tǒng)和立體顯示系統(tǒng)[7]。其工作原理如圖1-3所示，醫(yī)生通過(guò)操作微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人主控制端的力反饋主手對(duì)從手(從端機(jī)械臂和手術(shù)器械)進(jìn)行控制，并借助腹腔鏡觀察到的患者病灶視野進(jìn)行手術(shù)操作，而從手與患者組織的相互作用力（如果能夠感知）則由主操手反饋給醫(yī)生，使醫(yī)生感受到對(duì)患者組織的作用力[8]。主從式

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文-2-微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人的出現(xiàn)使得醫(yī)生可以采用比較舒適的姿勢(shì)進(jìn)行手術(shù)操作，減輕了醫(yī)生操作手術(shù)的疲勞；手術(shù)機(jī)器人從端手術(shù)器械的自由度更多，操作更靈活，可進(jìn)行更加復(fù)雜的手術(shù)操作；主從控制能夠通過(guò)手眼協(xié)調(diào)控制算法為醫(yī)生提供直覺(jué)控制，降低醫(yī)生學(xué)習(xí)曲線；機(jī)器人操作更加穩(wěn)定精準(zhǔn)，提高手術(shù)質(zhì)量；能夠提供立體視覺(jué)以及具有遠(yuǎn)程操作的潛力[9]。圖1-3主從式微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人的系統(tǒng)工作原理Fig.1-3MISroboticsystemworkingprinciple由主從式微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人進(jìn)行手術(shù)操作的過(guò)程可以得出，力反饋主手是微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的重要組成部分，是醫(yī)生與微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人交互的關(guān)鍵設(shè)備以及進(jìn)行人機(jī)交互的載體，是機(jī)器人微創(chuàng)手術(shù)能否成功的關(guān)鍵。力反饋主手一方面作為輸入裝置將醫(yī)生手部的操作動(dòng)作傳遞給從端控制從手完成手術(shù)操作，另一方面作為輸出裝置能夠?qū)氖峙c手術(shù)環(huán)境的交互作用力反饋給醫(yī)生實(shí)現(xiàn)臨場(chǎng)力感覺(jué)。力反饋主手性能的好壞直接影響到微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的整體性能，決定了能否將完整準(zhǔn)確的醫(yī)生操作動(dòng)作舒適的傳遞給從手，并且使得醫(yī)生感知從手與患者組織的交互作用力，進(jìn)而影響到手術(shù)的安全性和可靠性。力反饋主手的深入研究必將對(duì)微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)性能的提高和技術(shù)的擴(kuò)展起到積極的推動(dòng)作用。因此，研制一款符合微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人應(yīng)用需求的力反饋主手是非常必要的。本章以下小節(jié)通過(guò)微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人以及力反饋主手在國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，分析力反饋主手的相關(guān)核心技術(shù)以及本文的主要研究?jī)?nèi)容。1.2微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)際上，從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，腹腔鏡設(shè)備開(kāi)始和機(jī)器人技術(shù)結(jié)合起來(lái)形成腹腔鏡操作機(jī)器人應(yīng)用于微創(chuàng)手術(shù)的研究當(dāng)中[10]。約翰霍普金斯大學(xué)的RussellTaylor教授和他的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)名叫“

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]面向機(jī)器人輔助腹腔鏡手術(shù)的力反饋型主操作手研究[D]. 李勇.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2012
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