發(fā)布時間：2021-04-26 13:55

　　傳統(tǒng)微創(chuàng)手術(shù)機器人訓練系統(tǒng)在工作時一般將尸體或動物作為手術(shù)的操作對象,成本高昂;除此之外,現(xiàn)有系統(tǒng)也存在著諸如力反饋信息缺失,操作精度有限,真實性與沉浸感不足等問題。因此本文將搭建一套具有力反饋的機器人手術(shù)半實物仿真系統(tǒng)來解決上述問題。首先對具有力反饋的半實物環(huán)境中的相關(guān)技術(shù)進行研究。利用AR（Augmented Reality,AR）技術(shù)將虛擬的手術(shù)操作對象（虛擬軟組織）融合進現(xiàn)實世界中實現(xiàn)虛實融合。為實現(xiàn)虛擬軟組織與真實從端遠心機構(gòu)間的交互,本文還分別將對虛實交互策略及碰撞檢測算法進行研究。建立軟組織的力學模型以描述其形變與反饋力間的關(guān)系。其次,建立主端的力反饋控制系統(tǒng)。首先對主操作手的運動學及動力學進行分析。然后對主端的力反饋控制系統(tǒng)進行分析,明確系統(tǒng)對力控制器的要求。依據(jù)相關(guān)要求設(shè)計變論域模糊PID控制器,改善PID參數(shù)在線自整定能力,提高反饋力的跟蹤精度及系統(tǒng)動態(tài)性能。針對不同的輸入信號進行仿真實驗。為改善系統(tǒng)從端的操作精度,對從端的位置控制器進行設(shè)計。建立從端遠心機構(gòu)的運動學及動力學模型,設(shè)計傳統(tǒng)的位置跟蹤滑�？刂破�,盡管該控制器具有較高的控制精度,但其在控制過程中會產(chǎn)生較... 

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

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 微創(chuàng)手術(shù)機器人及其訓練系統(tǒng)研究現(xiàn)狀分析
    1.3 AR技術(shù)研究現(xiàn)狀分析
    1.4 主從控制研究現(xiàn)狀分析
    1.5 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 具有力反饋的半實物環(huán)境研究
    2.1 引言
    2.2 具有力反饋的半實物仿真系統(tǒng)分析
    2.3 虛實融合的實現(xiàn)
    2.4 虛實交互研究
        2.4.1 虛實交互策略
        2.4.2 虛實碰撞檢測
    2.5 軟組織力學模型的建立
    2.6 本章小結(jié)
第3章 主端力反饋控制系統(tǒng)的研究
    3.1 引言
    3.2 主操作手運動學分析及動力學建模
        3.2.1 主操作手運動學分析
        3.2.2 主操作手動力學方程的構(gòu)建
    3.3 主端力反饋控制系統(tǒng)的建模
    3.4 變論域模糊PID控制
        3.4.1 模糊控制理論
        3.4.2 模糊PID控制器的設(shè)計
        3.4.3 變論域模糊PID控制器的設(shè)計
    3.5 仿真實驗
    3.6 本章小結(jié)
第4章 從端位置控制系統(tǒng)的研究
    4.1 引言
    4.2 遠心機構(gòu)運動學分析及動力學建模
        4.2.1 遠心機構(gòu)運動學分析
        4.2.2 遠心機構(gòu)動力學建模
    4.3 自適應(yīng)模糊滑�？刂�
        4.3.1 滑�？刂破鞯脑O(shè)計
        4.3.2 自適應(yīng)模糊滑�？刂破鞯脑O(shè)計
    4.4 仿真實驗
    4.5 本章小結(jié)
第5章 具有力反饋的機器人手術(shù)半實物仿真系統(tǒng)實驗驗證
    5.1 引言
    5.2 實驗系統(tǒng)的搭建
        5.2.1 總體結(jié)構(gòu)
        5.2.2 相機的標定
        5.2.3 主操作手子系統(tǒng)
    5.3 虛實碰撞檢測及力學模型驗證實驗
    5.4 主端力反饋實驗
        5.4.1 壓力傳感器標定
        5.4.2 靜態(tài)實驗
        5.4.3 動態(tài)性能實驗
    5.5 遠心機構(gòu)位置跟蹤實驗
    5.6 系統(tǒng)性能實驗
    5.7 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
附錄 從端遠心機構(gòu)動力學求解結(jié)果
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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[6]三維場景中碰撞檢測技術(shù)的研究[D]. 崔娜.燕山大學 2013
[7]力反饋型主操作手設(shè)計及其控制策略研究[D]. 張林安.天津大學 2010
[8]虛擬手術(shù)力反饋人機交互控制系統(tǒng)研究[D]. 王莉娟.上海交通大學 2010
[9]機器人輔助微創(chuàng)心臟外科手術(shù)導航及視覺定位的研究[D]. 胡天策.上海交通大學 2008



本文編號：3161531