時延的存在將影響遙操作手術系統(tǒng)的穩(wěn)定性與醫(yī)生的臨場感,本課題主要從遙操作手術系統(tǒng)的建模、時變時延下通信環(huán)節(jié)中的波變量方法、從端機械臂控制算法設計以及遙操作手術系統(tǒng)的控制與穩(wěn)定性分析等幾個方面對時變時延條件下遙操作手術系統(tǒng)控制展開研究。首先,采用指數(shù)積法對主端機械臂進行了正運動學建模,對從端機械臂進行正逆運動學建模;分析了主從端機械臂的運動空間并采用增量式法對主從機械臂建立運動學映射關系;采用拉格朗日法對從端機械臂進行了動力學建模,為設計控制算法做鋪墊。其次,針對時變時延遙操作手術系統(tǒng)因為通信環(huán)節(jié)不滿足無源條件而導致的整個遙操作手術系統(tǒng)不滿足無源性,采用了一種改進的波變量方法進行主從數(shù)據(jù)傳遞,該方法保證了遙操作手術系統(tǒng)的無源性。改進波變量方法相比于傳統(tǒng)波變量方法在通信時延后加入了校正波,對速度信號轉化為位置信號時積分帶來的誤差累積做了補償;同時采用了改進波變量控制結構來減輕波反射帶來的不利影響。最后,結合波變量和基于擾動觀測器的滑�？刂品椒▽崿F(xiàn)了遙操作手術系統(tǒng)的控制。針對遙操作手術系統(tǒng)要求在手術過程中從端手術機械臂能夠快速魯棒的跟蹤主端觸覺機械臂的軌跡跟蹤控制問題,設計了一種基于擾動觀測... 

【文章來源】：南昌大學江西省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２?ＲＯＢＯＤＯＣ手術機器人［１５］?圖１．３?ＡＥＳＯＰ手術機器人［１６］??加州大學伯克利分校和加州大學舊金山分校開發(fā)了一個用于遠程手術的微??

?第１章引言???局。??日本東京大學和九州大學開發(fā)了一種能夠進行顯微手術和遠程操作的手術??機器人系統(tǒng)。該團隊在設計主端手控器時特別注重人體工程學，如測量和研宄人??體的運動范圍。主控器的設計就像用戶握著一支鉛筆，能夠獲得力反饋［２１］。??目前最成功的商業(yè)手術機器人系統(tǒng)ｄａＶｉｎｉｃ系統(tǒng)［２２］由美國的Ｉｎｔｕｎｉｔｉｖｅ??Ｓｕｒｇｉｃａｌ公司于２０００年一月成功開發(fā)，并于當年９月完成了首次臨床應用并取??得成功。迄今為止，該手術系統(tǒng)己在多國家進行了廣泛的臨床應用。ｄａＶｉｎｉｃ手??曬??圖１．４?２￡１？手術機器人系統(tǒng)［１８】??術機器人系統(tǒng)也是一個典型的主從式手術機器人系統(tǒng)，如圖１．５所示。醫(yī)生在主??控端（Ｍａｓｔｅｒ?Ｓｉｄｅ）通過兩個手控器和腳踏板對從端（Ｓｌａｖｅ?Ｓｉｄｅ）手術機械比進行控??制。ｄａＶｉｎｉｃ手術機器人系統(tǒng)機械手提供了七個自由度（六個自由度用于末端執(zhí)??行器的定位和定向，一個自由度用于抓取）。手術機械手末端執(zhí)行器還配備力傳??感器，以向外科醫(yī)生提供力反潰當末端執(zhí)行器在手術過程中與人體組織相交互??時，外科醫(yī)生可以感受到手術器械與組織的交互力［２３］。??國外還有很多優(yōu)秀的機器人手術系統(tǒng)，如ＡＲＴＥＭＩＳ系統(tǒng)［２４］，ＥｎｄｏＢｏｔ系統(tǒng)??［２５］等等，不在此?贅述。??國內(nèi)機器人手術系統(tǒng)的起步較晚，但是也取得了一定的成果。如天津大學，??上海交通大學，哈爾濱工業(yè)大學等都在手術機器人系統(tǒng)取得了一定的科研成果。??６??

?第１章引言???圖１．５?ｄａ?Ｖｉｎｉｃ手術機器人系統(tǒng)??天津大學開發(fā)了“妙手”顯微外科手術機器人系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了主從異構的??主從式控制模式．同時系統(tǒng)具有力反饋功能，通過動物實驗驗證了該系統(tǒng)的有效??性［２６］，并于２０１０年７月通過了國內(nèi)專家的認定。在“妙手”系統(tǒng)的基礎上，天津??大學于２０１０年開發(fā)了“妙手－Ａ＇系統(tǒng)［２７］，并于２０１４年進一步開發(fā)了“妙手－Ｓ”系統(tǒng)??［２８］，如圖１．６所示。？＇妙手－Ｓ＇系統(tǒng)的手術器械末端是同構的，軌跡跟蹤最大誤差??小于３毫米。??．?３?＾?．廣??圖１．６“妙手Ｓ”醫(yī)生控制臺（左）和從手臺車（右）??上海交通大學開發(fā)了“祌刀華佗”微創(chuàng)手術機器人系統(tǒng)，從端對主端的響應吋??間延遲為２３．６毫秒［２９］。哈爾濱工業(yè)大學開發(fā)了“華鵲－丨ｒ型微創(chuàng)手術機器人系統(tǒng)，??該系統(tǒng)的手術機械臂為分體式設計，便于各手術機械臂之間獨立運動不易相互??干涉岡。??國內(nèi)還有很多優(yōu)秀的手術機器人系統(tǒng)，例如北京航空航天大學的腦外科機??７??

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]遙操作機器人的有限時間控制算法研究[D]. 楊瑨.南昌大學 2019



本文編號：3576651