發(fā)布時(shí)間：2017-10-19 08:44

  本文關(guān)鍵詞：股骨干骨折復(fù)位輔助機(jī)器人系統(tǒng)研制

  更多相關(guān)文章： 骨折復(fù)位 氣囊 機(jī)器人輔助 股骨干

【摘要】：現(xiàn)代工業(yè)、建筑和交通的高速發(fā)展使得“高能損傷”變得越來(lái)越常見(jiàn)。微創(chuàng)骨科手術(shù)以其創(chuàng)傷小、恢復(fù)快、疼痛輕的優(yōu)勢(shì)逐漸為人所接受。然而微創(chuàng)手術(shù)需要頻繁使用X射線造影設(shè)備。射線損傷,其危害眾所周知,加之微創(chuàng)手術(shù)學(xué)習(xí)曲線長(zhǎng),尚未形成規(guī)范的術(shù)式,嚴(yán)重阻礙了微創(chuàng)骨科手術(shù)的普及。本文開(kāi)發(fā)了一套針對(duì)股骨干骨折的輔助復(fù)位機(jī)器人,圍繞骨折復(fù)位機(jī)構(gòu)、控制和復(fù)位實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了相關(guān)研究。本文首先歸納整理了臨床上針對(duì)不同類型的股骨干骨折的復(fù)位手法,對(duì)比了國(guó)內(nèi)外研究的骨折手術(shù)機(jī)器人的優(yōu)缺點(diǎn)之后,依據(jù)手法復(fù)位的步驟和特點(diǎn),提出了分體式的股骨干骨折復(fù)位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路。提出了若干種設(shè)計(jì)方案并分析其優(yōu)缺點(diǎn),最終確定了基于軟體氣囊的無(wú)創(chuàng)復(fù)位機(jī)構(gòu)和獨(dú)立牽引復(fù)位機(jī)構(gòu)。用D-H法對(duì)復(fù)位機(jī)構(gòu)做了正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,為復(fù)位機(jī)構(gòu)的控制做準(zhǔn)備。對(duì)氣囊式骨折段復(fù)位器中碳纖維套筒的受力進(jìn)行了理論分析與仿真,對(duì)薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文著重研究了本設(shè)計(jì)的特殊執(zhí)行器——?dú)饽�。運(yùn)用ABAQUS軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的乳膠-尼龍氣囊做了有限元仿真,接著實(shí)驗(yàn)結(jié)合仿真研究了氣囊的力學(xué)特性,明確了氣囊的輸出位移與氣囊氣壓以及復(fù)位力之間的定量關(guān)系。探索了一種運(yùn)用氣壓和力反饋間接得到氣囊膨脹位移的控制模型。然后研究了獨(dú)立牽引復(fù)位機(jī)構(gòu)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分和氣囊復(fù)位器的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分,開(kāi)發(fā)了基于STM32單片機(jī)的下位機(jī)和具備人機(jī)交互界面的上位機(jī),完成電路板的設(shè)計(jì)與加工、單片機(jī)和上位機(jī)程序的編寫,完成了整個(gè)驅(qū)動(dòng)、控制系統(tǒng)的搭建。最后本文進(jìn)行了股骨干骨折復(fù)位力的測(cè)量實(shí)驗(yàn),獲得了臨床測(cè)量骨折復(fù)位力的第一手資料,對(duì)骨折復(fù)位手術(shù)機(jī)器人增加了實(shí)驗(yàn)支持,為復(fù)位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供參考依據(jù),同時(shí)通過(guò)分析復(fù)位力,驗(yàn)證了復(fù)位過(guò)程中進(jìn)行力反饋的必要性。運(yùn)用所設(shè)計(jì)的骨折復(fù)位機(jī)器人在真實(shí)的手術(shù)室環(huán)境下,對(duì)制作的人體假肢進(jìn)行了骨折復(fù)位實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了復(fù)位功能的有效性。
【關(guān)鍵詞】：骨折復(fù)位 氣囊 機(jī)器人輔助 股骨干
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 課題研究背景及意義9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 骨折復(fù)位機(jī)器人10-12
• 1.2.2 對(duì)比分析12-13
• 1.2.3 復(fù)位力測(cè)量13-14
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容14-15
• 1.4 論文組織結(jié)構(gòu)15-16
• 第二章 復(fù)位器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析16-34
• 2.1 股骨干骨折的治療過(guò)程16-18
• 2.2 獨(dú)立牽引旋轉(zhuǎn)復(fù)位裝置的設(shè)計(jì)18-22
• 2.2.1 方案設(shè)計(jì)18-20
• 2.2.2 吸盤的選用20-21
• 2.2.3 電機(jī)選型21-22
• 2.3 骨折段復(fù)位裝置的設(shè)計(jì)22-29
• 2.3.1 方案設(shè)計(jì)與選擇22-25
• 2.3.2 氣囊的設(shè)計(jì)25-27
• 2.3.3 碳纖維套筒的設(shè)計(jì)27-29
• 2.4 骨折復(fù)位的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析29-33
• 2.4.1 D-H坐標(biāo)系的建立30-31
• 2.4.2 正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析31-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第三章 復(fù)位機(jī)構(gòu)軟體驅(qū)動(dòng)力學(xué)特性研究34-42
• 3.1 氣囊力特性仿真34-36
• 3.1.1 仿真準(zhǔn)備34-35
• 3.1.2 仿真結(jié)果35-36
• 3.2 氣囊力特性實(shí)驗(yàn)研究36-41
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置37-38
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析38-41
• 3.3 本章小結(jié)41-42
• 第四章 系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)與軟硬件實(shí)現(xiàn)42-58
• 4.1 控制系統(tǒng)的搭建42-43
• 4.1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)42
• 4.1.2 無(wú)線組網(wǎng)42-43
• 4.2 器件選型與驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)43-51
• 4.2.1 基于stm32微控制器43
• 4.2.2 電磁閥及其驅(qū)動(dòng)43-45
• 4.2.3 力傳感器及其信號(hào)處理45-47
• 4.2.4 遙控器模塊47
• 4.2.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選型與設(shè)置47-49
• 4.2.6 拉力傳感器的選型與信號(hào)處理49-51
• 4.3 股骨骨折復(fù)位輔助機(jī)器人的控制51-55
• 4.3.1 脈寬調(diào)制對(duì)控制普通電磁閥的運(yùn)用51
• 4.3.2 PID算法的運(yùn)用51-52
• 4.3.3 氣囊控制的下位機(jī)程序52-54
• 4.3.4 帶力限制的電機(jī)控制54-55
• 4.4 上位機(jī)設(shè)計(jì)55-57
• 4.4.1 上下位機(jī)通訊協(xié)議55-56
• 4.4.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)56-57
• 4.5 本章小結(jié)57-58
• 第五章 股骨骨折復(fù)位機(jī)器人實(shí)驗(yàn)58-65
• 5.1 復(fù)位力測(cè)量實(shí)驗(yàn)58-61
• 5.1.1 復(fù)位力測(cè)量裝置58-60
• 5.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析60-61
• 5.2 模型復(fù)位實(shí)驗(yàn)61-64
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置61-63
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)效果分析63-64
• 5.3 本章小結(jié)64-65
• 第六章 總結(jié)與展望65-67
• 6.1 總結(jié)65
• 6.2 展望65-67
• 致謝67-68
• 參考文獻(xiàn)68-70

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本文編號(hào)：1060158