【摘要】：隨著機(jī)器人智能化程度的不斷提高,利用外科手術(shù)機(jī)器人自主完成繁瑣且耗時(shí)的手術(shù)操作,如縫合、打結(jié)等,不僅能夠拓展醫(yī)生的技能,而且可代替部分醫(yī)生的工作,對于縮短手術(shù)時(shí)間、減少手術(shù)操作失誤、提高手術(shù)質(zhì)量具有重要意義。為了解決機(jī)器人輔助微創(chuàng)手術(shù)普遍存在的操作直觀性差、力反饋功能缺失、醫(yī)生容易因疲勞而誤操作等問題,提高微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人的智能操作水平,最終實(shí)現(xiàn)自主操作微創(chuàng)手術(shù)的目的。本文設(shè)計(jì)了一種面向自主操作的新型微創(chuàng)手術(shù)機(jī)構(gòu),并對該機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及軌跡檢測研究,提出利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練獲取微創(chuàng)手術(shù)機(jī)構(gòu)自主操作策略的控制方法,基于搭建的實(shí)驗(yàn)平臺驗(yàn)證了微創(chuàng)手術(shù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和控制方法的可行性。首先,綜述了微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人技術(shù)、微創(chuàng)手術(shù)機(jī)構(gòu)和自主操作微創(chuàng)手術(shù)控制方法在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀,分析了現(xiàn)有的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)方面存在的不足;在分析面向自主操作的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上,根據(jù)微創(chuàng)手術(shù)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則和技術(shù)要求,設(shè)計(jì)了一種面向自主操作的對稱型絲傳動(dòng)微創(chuàng)手術(shù)機(jī)構(gòu);分析微創(chuàng)手術(shù)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型和傳動(dòng)方案,并對它的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。其次,對微創(chuàng)手術(shù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,利用MATLAB中的機(jī)器人工具箱構(gòu)建微創(chuàng)手術(shù)機(jī)構(gòu)的仿真模型,驗(yàn)證了正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的正確性;構(gòu)建微創(chuàng)手術(shù)機(jī)構(gòu)快換裝置驅(qū)動(dòng)輪檢測角與關(guān)節(jié)角之間的模型,實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)手術(shù)機(jī)構(gòu)軌跡檢測的目的。然后,提出基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自主操作控制方法。利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對微創(chuàng)手術(shù)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)輪檢測關(guān)節(jié)角與末端軌跡進(jìn)行自學(xué)習(xí)訓(xùn)練,獲取微創(chuàng)手術(shù)機(jī)構(gòu)的自主操作控制策略;利用構(gòu)建的仿真系統(tǒng)驗(yàn)證所獲取的自主操作控制策略的正確性。最后,研制了微創(chuàng)手術(shù)機(jī)構(gòu)的樣機(jī)模型,搭建微創(chuàng)手術(shù)機(jī)構(gòu)自主操作實(shí)驗(yàn)平臺;通過關(guān)節(jié)靈活性實(shí)驗(yàn)、運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了微創(chuàng)手術(shù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和良好的運(yùn)動(dòng)性能;通過自主操作控制實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了控制方法的可行性。
【學(xué)位授予單位】：河南工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：R61;TP242
【圖文】：

（a）開口手術(shù) （b）傳統(tǒng)微創(chuàng)手術(shù) （c）機(jī)器人輔助微創(chuàng)手術(shù)圖 1 外科手術(shù)的發(fā)展微創(chuàng)外科手術(shù)(Minimally Invasive Surgery)簡稱 MIS。它于20世紀(jì)80年代開始興起合了臨床醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、信息科學(xué)等各個(gè)學(xué)科。微創(chuàng)外科手術(shù)指的是在病人身體幾個(gè)小切口，通過小切口將手術(shù)工具及內(nèi)窺鏡等插入病人病患處，臨床醫(yī)生可以通維高清的視覺成像系統(tǒng)，操作單個(gè)或者多個(gè)可編程控制的精密機(jī)械手，施行靶點(diǎn)定位灶損毀、藥物注入等手術(shù)任務(wù)，可以讓外科手術(shù)的傷口更小，設(shè)備更智能，儀器更信息數(shù)字化[11]。微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

）開口手術(shù) （b）傳統(tǒng)微創(chuàng)手術(shù) （c）機(jī)器人輔圖 1 外科手術(shù)的發(fā)展術(shù)(Minimally Invasive Surgery)簡稱 MIS。它于20世紀(jì)8、材料科學(xué)、信息科學(xué)等各個(gè)學(xué)科。微創(chuàng)外科手術(shù)指的通過小切口將手術(shù)工具及內(nèi)窺鏡等插入病人病患處，臨成像系統(tǒng)，操作單個(gè)或者多個(gè)可編程控制的精密機(jī)械手注入等手術(shù)任務(wù)，可以讓外科手術(shù)的傷口更小，設(shè)備更]。微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

圖 3 UCB/UCSF RTW 微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人96 年，美國 Computer Motion 公司推出具有強(qiáng)大功能的 ZEUS 機(jī)器人系統(tǒng)示。該系統(tǒng)的 3 個(gè)從操作臂安裝于手術(shù)臺上，在手術(shù)時(shí)，兩個(gè)機(jī)械臂用來工具，另外一個(gè)是用來夾持內(nèi)窺鏡。每個(gè)從手都采用 7 自由度設(shè)計(jì)，利用自由度的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)，2 個(gè)自由度是被動(dòng)的關(guān)節(jié)，另一個(gè)自由度用來固定從用這種設(shè)計(jì)保證機(jī)械臂的阻力最小。被動(dòng)關(guān)節(jié)使從手機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)心運(yùn)動(dòng)個(gè)圓形的主動(dòng)操作裝置，醫(yī)生可以用主手來控制從手的工作，這樣從手的配，使得醫(yī)生在良好的環(huán)境中快速精確的完成手術(shù)操作。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 馬強(qiáng);楊強(qiáng);;廣域數(shù)據(jù)傳輸在嵌入式自主操作系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)研究[J];哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào);2015年03期

2 徐瑤;;讓幼兒的生活處處綠意盎然[J];知音勵(lì)志;2016年14期

3 趙艷華;;自主操作·人文滋養(yǎng)·探究延伸——高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)例談[J];新課程(下);2017年03期

4 王四貴;;自主操作 數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)有效性的支撐[J];小學(xué)時(shí)代(教師);2010年04期

5 徐芳;;“三激”策略成就高效自主操作的數(shù)學(xué)課堂[J];學(xué)子(理論版);2016年08期

6 彭豐運(yùn);;實(shí)力初具:自主操作系統(tǒng)應(yīng)從移動(dòng)端切入[J];通信世界;2014年31期

7 賈新中;非要一個(gè)一個(gè)地?cái)[嗎?——對一段學(xué)生自主操作活動(dòng)的思考[J];當(dāng)代教育科學(xué);2003年08期

8 谷聆;抓住機(jī)遇,發(fā)展自主操作系統(tǒng)[J];中國機(jī)電工業(yè);1999年08期

9 阿清;OS:世紀(jì)情懷──對自主操作系統(tǒng)的議論與思考[J];軟件世界;1999年12期

10 張旭;;“溫馨提示”不必太多太細(xì)[J];探秘(科學(xué)課);2012年09期

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 本報(bào)記者 王超;自主操作系統(tǒng)研發(fā)為何讓人充滿疑問[N];中國青年報(bào);2014年

2 本報(bào)記者 喻思孌;自主操作系統(tǒng)，有戲嗎[N];人民日報(bào);2014年

3 姜伯靜;XP退場，自主操作系統(tǒng)何在[N];陜西日報(bào);2014年

4 本報(bào)記者 鐘順欽;HTC手機(jī)三季度成績靚麗 缺乏自主操作系統(tǒng)埋發(fā)展隱患[N];通信信息報(bào);2011年

5 本報(bào)記者 姚春鴿;打造自主操作系統(tǒng) 抓住移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的“牛鼻子”[N];人民郵電;2011年

6 本報(bào)記者 李曉玉;中國智能手機(jī)新增量全球居首 自主操作系統(tǒng)助國產(chǎn)商突圍[N];通信信息報(bào);2012年

7 項(xiàng)有建 電信專家;自主操作系統(tǒng)易生難存[N];通信產(chǎn)業(yè)報(bào);2011年

8 ;自主操作系統(tǒng)要有完善產(chǎn)業(yè)鏈支持[N];中國電子報(bào);2012年

9 本報(bào)記者 劉燕;自主操作系統(tǒng)啥時(shí)能進(jìn)“場”[N];科技日報(bào);2016年

10 中國工程院院士 沈昌祥;自主操作系統(tǒng)與信息安全、國家安全[N];中國計(jì)算機(jī)報(bào);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 魏壘;面向自主操作的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析與控制方法研究[D];河南工業(yè)大學(xué);2019年

2 許健;月球探測器科學(xué)任務(wù)自主操作方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

本文編號：2748850