傳統(tǒng)的經(jīng)皮穿刺手術(shù)難度大,手術(shù)時間長,而且過度依賴于醫(yī)生的經(jīng)驗和技術(shù)。為減少手術(shù)的時間和難度,以及人為因素的影響,研究三維超聲系統(tǒng)引導(dǎo)的經(jīng)皮穿刺手術(shù)機器人的關(guān)鍵技術(shù)具有重要的臨床應(yīng)用價值。本文根據(jù)醫(yī)生的需求,為穿刺手術(shù)機器人的超聲掃描臂設(shè)計了兩種操作模式:主從操作模式和人機協(xié)作拖拽模式,醫(yī)生可以根據(jù)習(xí)慣和手術(shù)場合選擇合理舒適的模式進行手術(shù)。基于上述兩種操作模式,本文主要研究與之對應(yīng)兩種控制技術(shù),即超聲掃描臂的主從控制技術(shù)與人機協(xié)作拖拽控制技術(shù)。首先,基于Ether CAT總線技術(shù)和Twin CAT運動控制系統(tǒng)完成了超聲掃描臂實時控制系統(tǒng)構(gòu)建。硬件采用分布式結(jié)構(gòu),用Ether CAT總線實現(xiàn)倍福工控機與各個關(guān)節(jié)模組之間的實時通信。同時,設(shè)計了軟件系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu),不同層級之間與層級內(nèi)部進行模塊化功能設(shè)計,優(yōu)化軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。其次,通過對超聲掃描臂的結(jié)構(gòu)分析,求解得到正逆運動學(xué)的解析解。結(jié)合微分運動學(xué)的分析,求解描述關(guān)節(jié)速度與末端廣義速度之間線性映射的幾何雅克比矩陣。對于末端位姿用歐拉角來進行表示的情形,進一步給出分析雅克比矩陣求解方法以及兩種雅克比矩陣之間的關(guān)系。同時,通過運動靜力二元性分析...

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題來源及研究的目的和意義
    1.2 微創(chuàng)穿刺手術(shù)機器人國內(nèi)外發(fā)展綜述
        1.2.1 手術(shù)機器人國內(nèi)外發(fā)展綜述
        1.2.2 圖像引導(dǎo)的穿刺手術(shù)機器人研究現(xiàn)狀
    1.3 超聲引導(dǎo)的穿刺手術(shù)機器人控制技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 穿刺手術(shù)機器人主從控制研究現(xiàn)狀
        1.3.2 基于導(dǎo)納模型的力擺位拖拽控制研究現(xiàn)狀
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
第2章 超聲掃描臂控制系統(tǒng)搭建
    2.1 引言
    2.2 超聲掃描臂控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的確定
    2.3 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)實現(xiàn)方法
    2.4 軟件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
    2.5 本章小結(jié)
第3章 超聲掃描臂運動學(xué)分析
    3.1 引言
    3.2 超聲掃描臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計與分析
    3.3 D-H坐標系的建立
    3.4 位姿運動學(xué)正運算求解
    3.5 位姿運動學(xué)逆運算求解
    3.6 微分運動學(xué)與幾何雅克比矩陣
    3.7 超聲掃描臂的分析雅克比矩陣
    3.8 本章小結(jié)
第4章 超聲掃描臂主從控制技術(shù)
    4.1 引言
    4.2 主從控制策略的確定
    4.3 基于逆雅克比矩陣的微分運動增量主從映射算法
    4.4 主從控制算法的編程實現(xiàn)與仿真
    4.5 醫(yī)生手部抖動濾波算法
    4.6 主手信號采集與主從ADS通信
    4.7 控制系統(tǒng)人機交互界面的設(shè)計
    4.8 超聲掃描臂主從控制實驗驗證
    4.9 本章小結(jié)
第5章 超聲掃描臂人機協(xié)作控制技術(shù)
    5.1 引言
    5.2 超聲掃描臂導(dǎo)納控制系統(tǒng)
        5.2.1 導(dǎo)納控制原理分析
        5.2.2 超聲掃描臂工作空間六維導(dǎo)納控制原理
        5.2.3 導(dǎo)納控制模型參數(shù)分析
    5.3 模糊變參數(shù)導(dǎo)納控制
        5.3.1 基于操作者交互意圖分析的虛擬阻尼參數(shù)調(diào)整策略
        5.3.2 模糊推理系統(tǒng)在虛擬阻尼參數(shù)調(diào)整中的應(yīng)用
        5.3.3 基于模糊推理系統(tǒng)的變參數(shù)導(dǎo)納控制系統(tǒng)
    5.4 人機協(xié)作交互力信號的處理
    5.5 人機協(xié)作模式下模糊變參數(shù)導(dǎo)納控制算法仿真實驗驗證
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝



本文編號：3795331