針穿刺技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。傳統(tǒng)的穿刺方式是由醫(yī)生在圖像引導(dǎo)下手動(dòng)將針刺入體內(nèi),這導(dǎo)致醫(yī)生長(zhǎng)期暴露在射線環(huán)境中。機(jī)器人輔助遙操作針穿刺系統(tǒng)是一種可以防止醫(yī)生長(zhǎng)期暴露在X射線下的有效方式。當(dāng)患者躺在CT室內(nèi)時(shí),穿刺的位置和深度由遠(yuǎn)端的醫(yī)生通過遙操作的主手端控制。研究表明,在遙操作中為操作者提供實(shí)時(shí)力覺反饋能讓操作過程更加安全、高效,并能提高操作精度。在穿刺過程中,通過力反饋裝置能夠?qū)⑦h(yuǎn)端的力信號(hào)傳遞給人手。本文設(shè)計(jì)了一種面向手術(shù)機(jī)器人針穿刺的2自由度力反饋裝置,主要包含以下工作:首先,結(jié)合針穿刺力學(xué)特點(diǎn)與人機(jī)交互機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,開展了 2自由度針穿刺力反饋機(jī)構(gòu)的機(jī)械設(shè)計(jì),機(jī)電傳動(dòng)模型的建模與選型工作。其次,引入針穿刺中的解析理論模型對(duì)穿刺過程中針和軟組織力學(xué)特性開展實(shí)驗(yàn)分析,分別選取雞肉與豬瘦肉,對(duì)穿刺針直徑和穿刺速度對(duì)軟組織穿刺力的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。再而,結(jié)合針穿刺的力學(xué)特點(diǎn),提出了一種新的針穿刺反饋力控制算法。該算法包括兩個(gè)閉環(huán)控制,內(nèi)環(huán)是高帶寬的電機(jī)電流控制以提升響應(yīng)速率,外環(huán)是PID力控制來實(shí)現(xiàn)穿刺力的在主手裝置的精確再現(xiàn)。對(duì)力控制算法的穩(wěn)定性進(jìn)行分析,并通過LABVIEW進(jìn)行... 

【文章來源】：廈門大學(xué)福建省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：86 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２?ＣＴ引導(dǎo)下的穿刺手術(shù)??

第一章緒論??臂組成。如圖１．４所示。第二節(jié)懸臂末端裝有機(jī)械腕，可圍繞三軸旋轉(zhuǎn)，對(duì)裝置??自身的重量有進(jìn)行精確的測(cè)量補(bǔ)償。Ｖｉｒｔｕｏｓｅ?６Ｄ可以在６自由度（３個(gè)平移、３??個(gè)旋轉(zhuǎn)）上均可呈現(xiàn)力反饋效果。其工作空間在４５?ｄｍ３范圍，相當(dāng)于人體前臂??活動(dòng)的操作空間，每個(gè)懸臂長(zhǎng)度為４５ｃｍ。最大施力承載為３５Ｎ?（連續(xù)施力??５Ｎ），可以模擬對(duì)重物的處理。最大旋轉(zhuǎn)施力承載為３Ｎｍ?（連續(xù)施力ＩＮｍ），??可對(duì)大型的虛擬物件進(jìn)行雙手操作模擬。但同樣的由于過大的外形尺寸，體積??和冗余度，因此不如Ｐｈａｎｔｏｍ靈活。??％?ｍｌ??圖１．４法國(guó)Ｈａｐｔｉｏｎ公司的Ｖｉｒｔｕｏｓｅ?６Ｄ力反饋裝置１１６１??瑞士?Ｆｏｒｃｅ?Ｄｅｍｅｎｓｉｏｎ公司的０ＭＥＧＡ７，憑借其優(yōu)秀的抓取延伸性能，是??目前應(yīng)用較多的觸覺裝置之一［１７］，如圖１．５所示。其末端執(zhí)行器覆蓋了人類手??部的自然運(yùn)動(dòng)范圍

??２００５年，中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研宄所設(shè)計(jì)出一種用于虛擬外科手術(shù)系統(tǒng)的虛??擬手術(shù)刀仿真器［２２］。如圖１．６所示，該手術(shù)刀能給醫(yī)生在操作手術(shù)刀時(shí)，反饋??手指關(guān)節(jié)上的力。它突出的優(yōu)點(diǎn)是在使用上接近真實(shí)手術(shù)刀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且運(yùn)??動(dòng)靈活。其反饋力控制策略采用了先進(jìn)的控制模型和ＰＩＤ控制算法相結(jié)合，具??有高精度和實(shí)時(shí)性。但是具體的效果還缺乏實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。??７??

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號(hào)：3434007