發(fā)布時間：2021-12-21 23:18

　　隨著技術(shù)的發(fā)展,醫(yī)療機器人逐漸成為重點的研究對象,尤其是應(yīng)用于微創(chuàng)手術(shù)的機器人。而人工微創(chuàng)手術(shù)存在著許多不穩(wěn)定因素,比如醫(yī)生長時間操作內(nèi)窺鏡引起肌肉顫震從而使得內(nèi)窺鏡視野不穩(wěn)定,除此還存在著醫(yī)生與助手之間溝通操作不協(xié)調(diào)的弊端。因此夾持內(nèi)窺鏡或夾持手術(shù)器械的半自動、全自動手術(shù)機器人逐漸成為機器人在醫(yī)療場景下的研究熱點。但目前大部分手術(shù)機器人為專用手術(shù)機器人,其系統(tǒng)設(shè)計成本高,搭建周期長,研究門檻較高,而通用型連桿機械臂運動精度高,結(jié)構(gòu)尺寸較小巧,價格適中,應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域是一個不錯的選擇。因此,本文對使用通用型連桿機械臂實現(xiàn)醫(yī)療手術(shù)操作展開研究。為了解專用手術(shù)機器人與通用型機械臂之間的區(qū)別,本文根據(jù)現(xiàn)有的一臺專用持鏡手術(shù)機械臂,分析了該機構(gòu)的特性,以此對比手術(shù)機器人與通用型機械臂應(yīng)用于微創(chuàng)手術(shù)場景的利弊,由此研究使用通用型機械臂代替專用手術(shù)機器人實現(xiàn)手術(shù)內(nèi)窺鏡夾持操作的方法。本文分析了現(xiàn)有的用于夾持手術(shù)內(nèi)窺鏡機器人的運動學(xué)模型,得到了應(yīng)用于微創(chuàng)手術(shù)場景下機器人所受到約束條件。同時分析了通用型機械臂的運動學(xué)模型,并根據(jù)運動學(xué)模型,能夠?qū)崿F(xiàn)在通用機械臂示教模式下,無需外部傳感器,而僅僅由機械臂... 

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

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

傳統(tǒng)微創(chuàng)手術(shù)[2]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-2-微創(chuàng)手術(shù)機器人平臺開發(fā)一直是研究熱點，但專用手術(shù)系統(tǒng)搭建平臺與系統(tǒng)驗證周期長，成本高，其研究準(zhǔn)入門檻較高，且專用性強，缺乏靈活性。本文則根據(jù)腹腔微創(chuàng)手術(shù)背景，研究通過通用型連桿機械臂實現(xiàn)微創(chuàng)手術(shù)應(yīng)用，完成特定手術(shù)操作的方法。如今通用型協(xié)作機械臂如AUBO、UR、KUKA[5]的成本相對專用手術(shù)機器人系統(tǒng)的研發(fā)成本低，且此類通用型機械臂的集成性高與交互性強，控制難度相對比單獨開發(fā)的專用型機器人要低，也更加易于實現(xiàn)，精度也更可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)同一個機械臂在不同手術(shù)場景下應(yīng)用與操作，靈活性強。搭建基于通用型機械臂平臺的手術(shù)系統(tǒng)，為通用型機械臂更成熟應(yīng)用于腹腔微創(chuàng)手術(shù)的研究提供一定參考，也能夠方便地進行不依賴于真實手術(shù)環(huán)境下的手術(shù)機器人研究，如通過此平臺研究內(nèi)窺鏡視野中手術(shù)工具定位，內(nèi)窺鏡三維重建調(diào)整內(nèi)窺鏡位姿可以借助此平臺，因而此種上能夠方便研究驗證多元醫(yī)療場景下手術(shù)機器人的創(chuàng)新理論。圖1-1傳統(tǒng)微創(chuàng)手術(shù)[2]圖1-2使用持鏡機器人的微創(chuàng)手術(shù)[2]1.2微創(chuàng)手術(shù)機器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀雖然醫(yī)療機器人從時間跨度上來說得到巨大的發(fā)展，但從質(zhì)量與應(yīng)用上來說，發(fā)展并沒有非常迅猛，全球的市場上僅有少數(shù)醫(yī)療機器人產(chǎn)品能夠用于臨床。這是因為醫(yī)療機器人相對于傳統(tǒng)的機器人的特殊性：醫(yī)療機器人對于患者和醫(yī)護人員的安全性；操作工具消毒和無菌處理。醫(yī)療機器人主要用于護理、輔助康復(fù)、輔助手術(shù)等。在手術(shù)機器人領(lǐng)域，有用于腹部、胸部手術(shù)操作機器人[6]，有用于腦部、眼部區(qū)域的手術(shù)操作機器人[7]，有用于自然腔道(所謂自然腔道，即人體自然形成的通道如鼻腔)的手術(shù)機器人[8]，也有用于骨科輔助治療的機器人，也有進入血液的微型或納米型智能手術(shù)機器人[9,10]。

iXI系統(tǒng)，如圖1-5所示。該系統(tǒng)由四部分組成，即符合人機工程學(xué)的醫(yī)生控制臺、從手系統(tǒng)、全景3D視覺成像技術(shù)、系列手術(shù)器械。從手由安裝在可調(diào)底座上3-4個彼此獨立控制的機械臂。從手持鏡臂上全景高清3D相機將三維圖像實時傳輸給主控臺的影像監(jiān)視器，讓醫(yī)生能夠看到分辨率高3D圖像，提供患者解剖學(xué)的逼真影像。其余幾個操作臂也能夠很好地實現(xiàn)夾娶切割、縫合等手術(shù)操作。DaVinci是市場上最成功的商業(yè)外科手術(shù)機器人，但其價格昂貴，造價高達150萬美元，維護成本高，在操作過一定次數(shù)后不能再使用，且缺乏力反饋[13,14]。圖1-3AESOP機器人[11]圖1-4ZEUS機器人[12]華盛頓大學(xué)聯(lián)合加州大學(xué)研制了名為Raven的主從式手術(shù)機器人系統(tǒng)，它是第一款能夠使用ROS等平臺進行控制開發(fā)的開源手術(shù)機器人系統(tǒng)，如圖1-6所示。BenKehoe等人已經(jīng)利用Raven機器人完成了腹腔清創(chuàng)手術(shù)模擬實驗[15]。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]骨科手術(shù)機器人研究進展[J]. 郭碩,郭征.  武警醫(yī)學(xué). 2018(10)
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[3]國產(chǎn)機器人妙手S系統(tǒng)遠程手術(shù)實驗研究[J]. 李愛民,李進華,李建民,張濤,楊瑞林,邢元,劉全達,王樹新.  腹部外科. 2016 (06)
[4]機器人手術(shù)系統(tǒng)在早期卵巢惡性腫瘤手術(shù)中的臨床應(yīng)用[J]. 姚元慶,李秀麗,楊怡卓,劉忠宇,晏紅,閆志鳳,陳黎,王晶.  中華婦產(chǎn)科雜志. 2015 (08)
[5]骨科手術(shù)機器人及其導(dǎo)航技術(shù)[J]. 宋國立,韓建達,趙憶文.  科學(xué)通報. 2013(S2)
[6]基于動態(tài)視覺引導(dǎo)的外科手術(shù)機器人器械臂運動方法[J]. 于凌濤,王正雨,于鵬,王濤,宋華建.  機器人. 2013(02)
[7]Zeus robot-assisted laparoscopic cholecystectomy in comparison with conventional laparoscopic cholecystectomy[J]. Han-Xin Zhou, Yue-Hua Guo, Xiao-Fang Yu, Shi-Yun Bao, Jia-Lin Liu, Yue Zhang and Yong-Gong Ren Department of Minimally Invasive Surgery, Shenzhen People’s Hospital, Jinan University 2nd Clinical Medicine College, Shenzhen 518020. China Department of Anesthesia, Shenzhen People’s Hospital, Jinan University 2nd Clinical Medicine College, Shenzhen 518020, China.  Hepatobiliary & Pancreatic Diseases International. 2006(01)
[8]機器人腹腔鏡手術(shù)及其應(yīng)用前景[J]. 朱江帆.  外科理論與實踐. 2002(03)

博士論文
[1]帶有主被動關(guān)節(jié)的輔助腹腔鏡手術(shù)機器人研究[D]. 董九志.哈爾濱工程大學(xué) 2009
[2]鼻內(nèi)鏡蝶鞍、翼腭窩及相關(guān)區(qū)域手術(shù)解剖及外科技術(shù)研究[D]. 馮國棟.中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué) 2008

碩士論文
[1]基于視覺的AUBO機器人標(biāo)定方法研究[D]. 曹繼項.長安大學(xué) 2018
[2]基于增強現(xiàn)實的微創(chuàng)手術(shù)機器人術(shù)前擺位優(yōu)化研究[D]. 邱耀.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[3]基于無標(biāo)定視覺伺服的機器人視覺引導(dǎo)裝配作業(yè)研究[D]. 陸雪強.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[4]腹腔微創(chuàng)手術(shù)機器人機械臂的設(shè)計及研究[D]. 董光友.吉林大學(xué) 2016
[5]鼻內(nèi)鏡手術(shù)輔助機器人系統(tǒng)設(shè)計研發(fā)[D]. 侯西龍.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015



本文編號：3545359