傳統(tǒng)的醫(yī)生主導(dǎo)的脊柱手術(shù)方式主要為開放式手術(shù),為了充分顯露術(shù)野,需要將脊柱周圍的軟組織及肌肉剝離。這種手術(shù)方式容易造成患者術(shù)后回復(fù)周期長,造成肌肉僵硬,肌無力等后遺癥。同時醫(yī)生長期暴露在輻射環(huán)境下也會對醫(yī)護人員健康造成威脅。在巨大市場前景吸引和技術(shù)進步的推動下,機器人輔助脊柱微創(chuàng)手術(shù)逐漸受到更多的重視及關(guān)注。本文主要以小型化,高自主性作為設(shè)計的側(cè)重點,設(shè)計了一款脊柱微創(chuàng)手術(shù)機器人,使其能自主完成部分手術(shù)操作,更多的承擔(dān)手術(shù)任務(wù)。主要包括以下內(nèi)容:本文通過對脊柱手術(shù)需求等分析,總結(jié)出了機器人脊柱微創(chuàng)手術(shù)過程,并給出了相應(yīng)的機器人技術(shù)指標(biāo)。根據(jù)技術(shù)指標(biāo)及設(shè)計目標(biāo)對機器人構(gòu)型進行了分析。主要分析了幾種解耦度較高的備選構(gòu)型,通過分析對比最終設(shè)計了混聯(lián)式的脊柱手術(shù)機器人構(gòu)型,作為最終方案。根據(jù)脊柱手術(shù)指標(biāo)及工作空間要求完成了關(guān)鍵主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計,并以集成化的設(shè)計思路完成了混聯(lián)式脊柱手術(shù)機器人系統(tǒng)整體機械系統(tǒng)的設(shè)計。為了分析機器人的可控性,并為控制算法的編寫打下基礎(chǔ),本文進一步根據(jù)機器人的構(gòu)型完成了機器人正逆運動學(xué)分析,并利用旋量理論對機器人自由度,及雅可比矩陣進行分析。其中利用旋量理論完成了歐... 

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

SpineAssist系統(tǒng)6自由度并聯(lián)操作器[13]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-3-ROSA脊柱手術(shù)機器人系統(tǒng)由法國Medtech公司研制，2015年通過了CFDA、CE認(rèn)證。ROSA[14][15]微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)由三部分構(gòu)成，分別為手術(shù)機器人、導(dǎo)航系統(tǒng)、工作站，如圖1-2所示。其中手術(shù)機器人為六自由度串聯(lián)機器人成品運動靈活精度高，末端搭載多維力傳感器，用于實現(xiàn)術(shù)前擺位與醫(yī)生進行柔順交互。機器人的導(dǎo)航系統(tǒng)搭載有紅外雙目攝像機可識別分別固連于機器人末端和患者脊柱上的紅外靶點，并通過相對位置信息實現(xiàn)空間定位和呼吸補償。工作站是脊柱手術(shù)機器人系統(tǒng)的核心部分，實現(xiàn)與醫(yī)生進行直接交互、手術(shù)規(guī)劃、計算、導(dǎo)航、機器人運動控制以及軌跡跟蹤，尤其是能夠?qū)φ麄€手術(shù)過程的實時狀態(tài)監(jiān)控。由于機器人只為手術(shù)提供導(dǎo)向功能，醫(yī)生仍然可以通過手術(shù)器械感知軸向力。圖1-2ROSA脊柱手術(shù)系統(tǒng)[14][15]2016年10月，Mazor公司在波士頓北美脊柱協(xié)會年度會議上發(fā)布了MazorX脊柱手術(shù)機器人[12]，如圖1-3所示。MazorX采用了全新的設(shè)計，機器人部分采用了平行軸串聯(lián)機械臂，雙目攝像頭及顯示器也固連與機器人之上，集成度更高，精度也得到大幅提高，整體系統(tǒng)的人機工程也更方便醫(yī)生操作。同時機器人通過交互式三維規(guī)劃和信息系統(tǒng)提供實時圖像引導(dǎo)和可視化導(dǎo)航。其上安裝有部分支架固連于人的脊柱，用于感知人體位移并進行呼吸補償。圖1-3Mazor公司MazorX脊柱手術(shù)機器人系統(tǒng)[12]此外國外尚處于研發(fā)階段的脊柱手術(shù)機器人如：韓國漢陽大學(xué)自主研制的脊柱微創(chuàng)手術(shù)機器人系統(tǒng)SPINEBOT[16]，該系統(tǒng)具備手動控制、機器人自主鉆孔，機器人自主進釘三種主要功能，如圖1-4所示。LWR醫(yī)療機器人是由德

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-3-ROSA脊柱手術(shù)機器人系統(tǒng)由法國Medtech公司研制，2015年通過了CFDA、CE認(rèn)證。ROSA[14][15]微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)由三部分構(gòu)成，分別為手術(shù)機器人、導(dǎo)航系統(tǒng)、工作站，如圖1-2所示。其中手術(shù)機器人為六自由度串聯(lián)機器人成品運動靈活精度高，末端搭載多維力傳感器，用于實現(xiàn)術(shù)前擺位與醫(yī)生進行柔順交互。機器人的導(dǎo)航系統(tǒng)搭載有紅外雙目攝像機可識別分別固連于機器人末端和患者脊柱上的紅外靶點，并通過相對位置信息實現(xiàn)空間定位和呼吸補償。工作站是脊柱手術(shù)機器人系統(tǒng)的核心部分，實現(xiàn)與醫(yī)生進行直接交互、手術(shù)規(guī)劃、計算、導(dǎo)航、機器人運動控制以及軌跡跟蹤，尤其是能夠?qū)φ麄€手術(shù)過程的實時狀態(tài)監(jiān)控。由于機器人只為手術(shù)提供導(dǎo)向功能，醫(yī)生仍然可以通過手術(shù)器械感知軸向力。圖1-2ROSA脊柱手術(shù)系統(tǒng)[14][15]2016年10月，Mazor公司在波士頓北美脊柱協(xié)會年度會議上發(fā)布了MazorX脊柱手術(shù)機器人[12]，如圖1-3所示。MazorX采用了全新的設(shè)計，機器人部分采用了平行軸串聯(lián)機械臂，雙目攝像頭及顯示器也固連與機器人之上，集成度更高，精度也得到大幅提高，整體系統(tǒng)的人機工程也更方便醫(yī)生操作。同時機器人通過交互式三維規(guī)劃和信息系統(tǒng)提供實時圖像引導(dǎo)和可視化導(dǎo)航。其上安裝有部分支架固連于人的脊柱，用于感知人體位移并進行呼吸補償。圖1-3Mazor公司MazorX脊柱手術(shù)機器人系統(tǒng)[12]此外國外尚處于研發(fā)階段的脊柱手術(shù)機器人如：韓國漢陽大學(xué)自主研制的脊柱微創(chuàng)手術(shù)機器人系統(tǒng)SPINEBOT[16]，該系統(tǒng)具備手動控制、機器人自主鉆孔，機器人自主進釘三種主要功能，如圖1-4所示。LWR醫(yī)療機器人是由德


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