【摘要】：傳統(tǒng)的介入手術(shù)是以自然腔道為通路,在醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的引導(dǎo)下,將細(xì)長(zhǎng)的內(nèi)鏡和導(dǎo)管等送到病變部位,實(shí)施必要的診斷和治療的過(guò)程。在手術(shù)實(shí)施過(guò)程中,醫(yī)生需要穿上厚重的鉛服,手術(shù)過(guò)程極其不便,且易對(duì)人體造成損傷。利用機(jī)器人輔助醫(yī)生實(shí)施介入手術(shù),不僅可以大大降低工作強(qiáng)度,簡(jiǎn)化手術(shù)流程,而且能夠提高手術(shù)的精度,減少射線對(duì)醫(yī)患的輻射傷害。傳統(tǒng)介入導(dǎo)管只能沿著導(dǎo)絲方向進(jìn)行被動(dòng)彎曲,易對(duì)人體血管造成損傷。針對(duì)傳動(dòng)介入導(dǎo)管的這些缺陷,本文研制了能夠主動(dòng)彎曲與捻轉(zhuǎn)的微創(chuàng)介入手術(shù)機(jī)器人,采用多節(jié)連續(xù)體構(gòu)型、通過(guò)繩索驅(qū)動(dòng),并由滑輪傳動(dòng)。針對(duì)驅(qū)動(dòng)繩索運(yùn)動(dòng)過(guò)程中存在非線性摩擦力的問(wèn)題,對(duì)滑輪-繩索系統(tǒng)傳動(dòng)特性進(jìn)行研究,建立摩擦力與包角的函數(shù)關(guān)系,分析摩擦力與材料特性的關(guān)系。最后,利用拉力傳感器對(duì)傳動(dòng)過(guò)程中繩索的輸入、輸出拉力進(jìn)行測(cè)量,分析了包角對(duì)繩索系統(tǒng)摩擦力的影響,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了傳動(dòng)模型的準(zhǔn)確性。針對(duì)心血管介入手術(shù)任務(wù),對(duì)機(jī)器人在血管中的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃。首先研究了三維體素模型,利用并行拓?fù)浼?xì)化算法對(duì)三維體素模型進(jìn)行骨架提取;進(jìn)而設(shè)計(jì)了一種基于切面中心的血管內(nèi)壁骨架提取算法,用于獲取離散的骨架曲線;對(duì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)中血管放大模型進(jìn)行骨架提取,擬合并生成機(jī)器人介入作業(yè)的運(yùn)動(dòng)軌跡,為后續(xù)的半自主介入實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。對(duì)本文設(shè)計(jì)的連續(xù)體機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)建模,分析了其驅(qū)動(dòng)空間、操作空間和關(guān)節(jié)空間三者的映射關(guān)系;推導(dǎo)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型,利用計(jì)算力矩法設(shè)計(jì)滑�？刂破�,對(duì)機(jī)器人進(jìn)行軌跡跟蹤控制仿真研究,分析其軌跡跟蹤的效果。最后,提出了介入機(jī)器人系統(tǒng)主從控制策略,建立主從映射關(guān)系,并設(shè)計(jì)了機(jī)器人的控制模式—關(guān)節(jié)控制和點(diǎn)位控制。針對(duì)微創(chuàng)介入手術(shù)機(jī)器人原理樣機(jī),設(shè)計(jì)了多級(jí)分布式控制系統(tǒng),編寫(xiě)了具有三維導(dǎo)航的機(jī)器人半自主運(yùn)動(dòng)控制軟件,對(duì)具有4自由度的連續(xù)體機(jī)器人進(jìn)行第一段和第二段彎曲捻轉(zhuǎn)試驗(yàn),驗(yàn)證其運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的正確性;同時(shí),利用主手控制機(jī)器人進(jìn)行微創(chuàng)介入手術(shù)操作,并進(jìn)行半自主介入模擬實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了所提取模擬血管骨架的準(zhǔn)確性。
【圖文】：

“妙手”微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)

圖 1.9 基于柔性彈簧基座的微創(chuàng)介入神經(jīng)外科顱內(nèi)機(jī)器人（結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)）哈爾濱工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)了一款利用 SMA 驅(qū)動(dòng)的連續(xù)體機(jī)器人[23]，如圖 1.10 所示，連續(xù)體機(jī)器人為四節(jié) SMA 驅(qū)動(dòng)的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，每個(gè)單元由 SMA 驅(qū)動(dòng)模塊、偏置彈簧、連接頭、硅膠管和導(dǎo)線構(gòu)成。機(jī)器人在內(nèi)管中的彎曲導(dǎo)向，主要依靠 SMA 驅(qū)動(dòng)器伸縮變形來(lái)完成。SMA 驅(qū)動(dòng)器
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP242;TH789

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號(hào)：2649671