對主從遙操作手術(shù)機器人而言,主從軌跡跟蹤的準確性、穩(wěn)定性及力反饋的逼真度是三個最重要的性能指標(biāo)。本文提出了一種基于PID與魯棒自適應(yīng)相結(jié)合的遙操作控制算法,能夠?qū)⑹中g(shù)器械與組織的交互力完全反饋給醫(yī)生,并實現(xiàn)穩(wěn)定準確的主從軌跡跟蹤控制。由于本文設(shè)計的遙操作手術(shù)系統(tǒng)中的主從機械臂異構(gòu),為了使醫(yī)生在手術(shù)操作過程中具有較好的直觀性,本文在笛卡爾空間對主從手術(shù)機械臂進行位置控制。在主端將主機械臂的末端位移通過網(wǎng)絡(luò)傳遞到從端作為從端手術(shù)機械臂的軌跡命令信號,在從端進行機械臂的逆運動學(xué)求解,得到關(guān)節(jié)位移的命令信號,在PID與魯棒自適應(yīng)相結(jié)合的控制器作用下,實現(xiàn)穩(wěn)定準確的主從軌跡跟蹤。為了使醫(yī)生能夠逼真地感受到手術(shù)器械與組織的交互力,在從端采用6維力傳感器測量手術(shù)器械與組織的交互力,并傳遞到主端,通過觸覺機械臂作用在醫(yī)生手上。針對機械臂的解析解存在多解的情況,本文提出三種選取逆解的方法,并選擇性能最優(yōu)的一種方法應(yīng)用到實際中。針對利用拉格朗日原理推導(dǎo)出的動力學(xué)方程存在可讀性低的問題,本文提出一種實用的化簡算法以用于對動力學(xué)模型解析表達式的化簡,實驗驗證該化簡算法能有效的提高動力學(xué)模型的可讀性和減少70%... 

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 遙操作手術(shù)機器人研究背景和意義
        1.1.1 遙操作手術(shù)機器人研究背景
        1.1.2 遙操作手術(shù)機器人研究意義
    1.2 課題來源
    1.3 遙操作手術(shù)機器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 遙操作手術(shù)機器人國外研究現(xiàn)狀
        1.3.2 遙操作手術(shù)機器人國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.4 遙操作手術(shù)控制算法國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.5 論文安排
第2章 主從機械臂的運動學(xué)和動力學(xué)建模
    2.1 運動學(xué)建模的意義和方法
    2.2 主端機械臂運動學(xué)建模
        2.2.1 POE法運動學(xué)建模步驟
        2.2.2 采用POE法的主端機械臂運動學(xué)建模
    2.3 從端機械臂的運動學(xué)建模
        2.3.1 D-H法運動學(xué)建模步驟
        2.3.2 采用D-H法的從端機械臂運動學(xué)建模
    2.4 從端機械臂逆運動學(xué)求解
        2.4.1 基于腕部位置求解
        2.4.2 基于腕部姿態(tài)求解
        2.4.3 逆解選取方法研究
    2.5 從端機械臂動力學(xué)建模
        2.5.1 拉格朗日法動力學(xué)建模步驟
        2.5.2 采用拉格朗日法的從端機械臂動力學(xué)建模
        2.5.3 六自由度動力學(xué)模型化簡算法
    2.6 本章小結(jié)
第3章 主從機械臂工作區(qū)間和從端機械臂奇異點分析
    3.1 工作區(qū)間分析原理
    3.2 主端機械臂工作區(qū)間分析
    3.3 從端機械臂工作區(qū)間分析
    3.4 從端機械臂奇異點分析
    3.5 本章小結(jié)
第4章 手術(shù)機器人魯棒自適應(yīng)控制算法
    4.1 手術(shù)機器人魯棒自適應(yīng)控制算法設(shè)計
    4.2 基于魯棒自適應(yīng)控制的手術(shù)機器人穩(wěn)定性分析
    4.3 軌跡跟隨仿真實驗及結(jié)果分析
    4.4 本章小結(jié)
第5章 遙操作手術(shù)機器人控制算法及實驗
    5.1 遙操作手術(shù)機器人總體控制方案
    5.2 基于PID與魯棒自適應(yīng)相結(jié)合的遙操作手術(shù)機器人控制算法
    5.3 遙操作手術(shù)機器人系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
    5.4 遙操作手術(shù)機器人實驗平臺搭建
        5.4.1 實驗硬件平臺
        5.4.2 實驗軟件平臺
    5.5 遙操作模擬穿刺手術(shù)實驗及其結(jié)果分析
        5.5.1 人手信號濾波消抖實驗
        5.5.2 無時延的遙操作模擬手術(shù)實驗
        5.5.3 固定時延的遙操作模擬手術(shù)實驗
        5.5.4 變化時延的遙操作模擬手術(shù)實驗
    5.6 本章小結(jié)
第6章 全文總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 工作展望
致謝
參考文獻
攻讀學(xué)位期間的研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]外科手術(shù)機器人的國內(nèi)外發(fā)展概況及應(yīng)用[J]. 王恩運,吳學(xué)謙,薛莉,張勇,王峰.  中國醫(yī)療設(shè)備. 2018(08)
[2]力覺臨場感遙操作機器人（1）:技術(shù)發(fā)展與現(xiàn)狀[J]. 宋愛國.  南京信息工程大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2013(01)
[3]腹腔微創(chuàng)手術(shù)機器人主從控制技術(shù)與實驗[J]. 潘博,付宜利,馮美,王樹國,徐殿國.  機器人. 2012(06)
[4]機器人“妙手A”立體視覺系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 陳祥軍,周永良,趙曉鵬,張曉暉.  醫(yī)療衛(wèi)生裝備. 2012(04)
[5]輔助腹腔微創(chuàng)手術(shù)的新型機器人“妙手A”[J]. 王樹新,王曉菲,張建勛,姜雪明,李建民.  機器人技術(shù)與應(yīng)用. 2011(04)
[6]基于腹腔微創(chuàng)手術(shù)機器人的主從控制技術(shù)研究[J]. 謝琦,潘博,付宜利,王樹國.  機器人. 2011(01)
[7]NOTES與單孔腹腔鏡技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]. 鄭民華.  中國微創(chuàng)外科雜志. 2010(01)
[8]微創(chuàng)手術(shù)機器人研究進展——“微創(chuàng)手術(shù)機器人及器械基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)”雙清論壇綜述[J]. 王國彪,彭芳瑜,王樹新,朱曬紅,王田苗.  中國科學(xué)基金. 2009(04)
[9]非線性機械系統(tǒng)PID控制漸近穩(wěn)定性分析[J]. 蘇玉鑫,鄭春紅,Peter C.Müller.  自動化學(xué)報. 2008(12)
[10]顯微外科手術(shù)機器人——“妙手”系統(tǒng)的研究[J]. 王樹新,丁杰男,贠今天,李群智,韓保平.  機器人. 2006(02)

博士論文
[1]面向主從式微創(chuàng)外科手術(shù)機器人的遙操作運動控制策略研究[D]. 唐奧林.上海交通大學(xué) 2014

碩士論文
[1]基于模型的力反饋主手力位補償研究[D]. 劉陽陽.天津工業(yè)大學(xué) 2017
[2]腹腔微創(chuàng)手術(shù)機器人機械系統(tǒng)設(shè)計[D]. 譚宏冰.上海交通大學(xué) 2014
[3]多自由度微創(chuàng)手術(shù)機械從手的設(shè)計與研究[D]. 趙志球.上海交通大學(xué) 2010
[4]顯微外科手術(shù)機器人系統(tǒng)主操作手設(shè)計與研究[D]. 王輝.天津大學(xué) 2004



本文編號：3715449