近年來,遙操作微創(chuàng)手術(shù)機器人輔助醫(yī)生完成手術(shù)獲得了廣泛的研究與認(rèn)可,解決了傳統(tǒng)微創(chuàng)手術(shù)中醫(yī)生所處的操作環(huán)境不舒適及操作精確度不理想等問題。具有力反饋的遙操作微創(chuàng)手術(shù)機器人更是當(dāng)前研究的熱點與難題。本文針對脊柱外科手術(shù)遙操作機械手系統(tǒng),為使手術(shù)刀置刀的手感在主手得以復(fù)現(xiàn),對力反饋主手及力反饋控制策略進行了研究。首先,介紹了脊柱外科手術(shù)遙操作機械手系統(tǒng)的總體布局,選定主手由改進后的Delta并聯(lián)構(gòu)型和三軸交匯串聯(lián)構(gòu)型構(gòu)成,提出小力矩高轉(zhuǎn)速電機與高傳動比傳動系統(tǒng)組合的方案驅(qū)動主手,為消除齒輪間摩擦力利用鋼絲繩預(yù)緊的方式改進了傳動裝置。然后,根據(jù)力反饋主手的實際應(yīng)用背景,對主手的驅(qū)動電機、減速箱、編碼器及傳感器進行了選擇;在系統(tǒng)構(gòu)架的基礎(chǔ)上對從機械手末端傳感器檢測到的力信號進行濾波、傳感器標(biāo)定及重力補償,以保證反饋給主手真實的力信號。其次,對主手進行了正逆運動學(xué)求解及相關(guān)理論分析,并利用虛功原理建立了主手的動力學(xué)模型,得出主手驅(qū)動力矩與輸出反饋力間的關(guān)系表達(dá)式,為之后的主動控制技術(shù)仿真與分析奠定了基礎(chǔ)。最后,基于主動力/位置控制中阻抗控制算法,針對阻抗控制需要對環(huán)境參數(shù)精確掌握的不足,設(shè)計了的... 

【文章來源】：長春理工大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

RoboDoc手術(shù)機器人系統(tǒng)

1.2.1 骨科微創(chuàng)手術(shù)機器人研究現(xiàn)狀根據(jù)骨科手術(shù)的特殊性及當(dāng)前醫(yī)療水平，同時結(jié)合骨骼不同于其他軟組織的剛體特性及保證高度精確性、穩(wěn)定及安全的手術(shù)操作，如何將技術(shù)成熟的機器人系統(tǒng)應(yīng)用于骨科的特殊環(huán)境并滿足臨床要求成為科研工作者面臨的巨大挑戰(zhàn)。國內(nèi)外的學(xué)者對骨科微創(chuàng)外科手術(shù)進行了長期研究，主要包括骨科手術(shù)機器人典型代表 Robot Doc 系統(tǒng)、Acrobot 系統(tǒng)、以色列 Technion 團隊開發(fā)了 Spine Assist 系統(tǒng)、美國 GeorgetowUniversity 大學(xué)研制 4 自由度機器人 B-RobII、天智航與北京積水潭骨科醫(yī)院研制的天璣骨科手術(shù)機器人、新橋醫(yī)院聯(lián)合中國科學(xué)院沈陽自動化研究所研發(fā)的脊柱微創(chuàng)手術(shù)機器人系統(tǒng)原理樣機等。美國綜合手術(shù)系統(tǒng)公司研發(fā)的 RoboDoc 系統(tǒng)，如圖 1.1 所示。主要用于輔助骨骼和假體的成形、位置追蹤和置入。該機器人系統(tǒng)可根據(jù) CT 傳遞骨骼信息建立骨骼的三維立體圖形，幫助骨科醫(yī)生計算出比人為估算更加精準(zhǔn)的置入人體病灶點的路徑，給出可行的手術(shù)方案[10,11,12]。雖然利用該系統(tǒng)手術(shù)能夠達(dá)到傳統(tǒng)手術(shù)的效果，但系統(tǒng)故障手術(shù)處理時間長、坐骨神經(jīng)損傷等缺點限制其廣泛臨床應(yīng)用，該機器人系統(tǒng)多用于關(guān)節(jié)及創(chuàng)傷型手術(shù)。

有效的降低了椎弓根螺釘位置不正及術(shù)中放射暴露，螺釘置入位置的準(zhǔn)確率高達(dá) 98.5以上，但是，Spine Assist 系統(tǒng)的不足之處是在置入螺釘時要耗費漫長的校對與配準(zhǔn)時間，并且在手術(shù)之前需要將框架固定在病患身上進行定位，使得手術(shù)創(chuàng)傷面積增大，影響術(shù)后恢復(fù)效果，并聯(lián)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)設(shè)計也限制了該系統(tǒng)的工作空間。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]脊柱微創(chuàng)主從式手術(shù)機器人阻抗控制系統(tǒng)研制[J]. 路明,趙憶文,姜運祥.  機器人. 2017(03)
[2]手術(shù)機器人系統(tǒng)在骨科的應(yīng)用[J]. 張軍良,周幸,吳蘇稼.  中國矯形外科雜志. 2015(22)
[3]基于ESN的CPG模型力反饋設(shè)計與分析[J]. 向馗,孫漫漫,孫建,葛運建.  華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2013(S1)
[4]CT與C型臂輔助遙控型脊柱微創(chuàng)手術(shù)機器人系統(tǒng)打孔可靠性研究[J]. 張鶴,王洪偉,韓建達(dá),趙憶文,周躍.  第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報. 2012(13)
[5]脊柱微創(chuàng)手術(shù)機器人研究現(xiàn)狀[J]. 韓建達(dá),宋國立,趙憶文,張鶴.  機器人技術(shù)與應(yīng)用. 2011(04)
[6]微創(chuàng)外科手術(shù)機器人關(guān)鍵技術(shù)與研究現(xiàn)狀綜述[J]. 丁鈺灃.  機械工程師. 2011(02)
[7]基于無源性的不確定機器人的力控制[J]. 溫淑煥,袁俊英.  物理學(xué)報. 2010(03)
[8]受限機械臂的自適應(yīng)小波滑模位置/力混合控制[J]. 周芳,朱齊丹,姜邁,汪瞳.  華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2009(11)
[9]3-RTT并聯(lián)機構(gòu)的奇異軌跡分析[J]. 張曉洪,張均富,夏重.  工程設(shè)計學(xué)報. 2007(04)
[10]3-PUU三維平動并聯(lián)機器人的位置分析及其仿真[J]. 郭宗和,孫術(shù)華,郝秀清,牛國棟,李連升.  中國機械工程. 2006(17)

博士論文
[1]脊柱微創(chuàng)手術(shù)機器人系統(tǒng)（遙控型）及關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 張鶴.第三軍醫(yī)大學(xué) 2012
[2]機器人與環(huán)境間力/位置控制技術(shù)研究與應(yīng)用[D]. 李正義.華中科技大學(xué) 2011
[3]六自由度力反饋雙向伺服控制策略研究[D]. 陳鐵華.吉林大學(xué) 2010
[4]多指仿人機器人靈巧手的同步控制研究[D]. 蘭天.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010
[5]雙向液壓伺服遙操作機器人的力覺臨場感技術(shù)研究[D]. 文廣.吉林大學(xué) 2008

碩士論文
[1]通用力反饋設(shè)備的自適應(yīng)阻抗控制仿真研究[D]. 溫彬彬.北京交通大學(xué) 2017
[2]液壓足式機器人單關(guān)節(jié)柔順控制的研究[D]. 夏江.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[3]力反饋主手設(shè)計及主從操作技術(shù)研究[D]. 姜運祥.燕山大學(xué) 2014
[4]高壓帶電作業(yè)機器人作業(yè)機械臂的設(shè)計及優(yōu)化[D]. 馬孝林.山東建筑大學(xué) 2014
[5]基于力反饋的主從式機器人輔助脊椎穿刺手術(shù)系統(tǒng)[D]. 盛國棟.上海交通大學(xué) 2014
[6]微創(chuàng)手術(shù)機器人力反饋主手設(shè)計與仿真[D]. 楊揚.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013
[7]面向外科手術(shù)的力反饋型遙操作主手研究[D]. 李長軍.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010
[8]手術(shù)機器人主手力感問題的研究[D]. 韓軒.天津大學(xué) 2009
[9]基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的力覺交互設(shè)備的研究與構(gòu)建[D]. 李國杰.上海交通大學(xué) 2008



本文編號：3590193