傳統(tǒng)的經(jīng)皮穿刺手術(shù)難度大,手術(shù)時(shí)間長(zhǎng),而且過(guò)度依賴于醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。為減少手術(shù)的時(shí)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(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值。本文根據(jù)醫(yī)生的需求,為穿刺手術(shù)機(jī)器人的超聲掃描臂設(shè)計(jì)了兩種操作模式:主從操作模式和人機(jī)協(xié)作拖拽模式,醫(yī)生可以根據(jù)習(xí)慣和手術(shù)場(chǎng)合選擇合理舒適的模式進(jìn)行手術(shù)�；谏鲜鰞煞N操作模式,本文主要研究與之對(duì)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(jī)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(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)完成了超聲掃描臂實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)倍福工控機(jī)與各個(gè)關(guān)節(jié)模組之間的實(shí)時(shí)通信。同時(shí),設(shè)計(jì)了軟件系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu),不同層級(jí)之間與層級(jí)內(nèi)部進(jìn)行模塊化功能設(shè)計(jì),優(yōu)化軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。其次,通過(guò)對(duì)超聲掃描臂的結(jié)構(gòu)分析,求解得到正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的解析解。結(jié)合微分運(yùn)動(dòng)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(duì)于末端位姿用歐拉角來(lái)進(jìn)行表示的情形,進(jìn)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(shí),通過(guò)運(yùn)動(dòng)靜力二元性分析...

【文章頁(yè)數(shù)】：85 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題來(lái)源及研究的目的和意義
    1.2 微創(chuàng)穿刺手術(shù)機(jī)器人國(guó)內(nèi)外發(fā)展綜述
        1.2.1 手術(shù)機(jī)器人國(guó)內(nèi)外發(fā)展綜述
        1.2.2 圖像引導(dǎo)的穿刺手術(shù)機(jī)器人研究現(xiàn)狀
    1.3 超聲引導(dǎo)的穿刺手術(shù)機(jī)器人控制技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 穿刺手術(shù)機(jī)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?jī)?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(shí)現(xiàn)方法
    2.4 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
    2.5 本章小結(jié)
第3章 超聲掃描臂運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
    3.1 引言
    3.2 超聲掃描臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析
    3.3 D-H坐標(biāo)系的建立
    3.4 位姿運(yùn)動(dòng)學(xué)正運(yùn)算求解
    3.5 位姿運(yùn)動(dòng)學(xué)逆運(yùn)算求解
    3.6 微分運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)增量主從映射算法
    4.4 主從控制算法的編程實(shí)現(xiàn)與仿真
    4.5 醫(yī)生手部抖動(dòng)濾波算法
    4.6 主手信號(hào)采集與主從ADS通信
    4.7 控制系統(tǒng)人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)
    4.8 超聲掃描臂主從控制實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    4.9 本章小結(jié)
第5章 超聲掃描臂人機(jī)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(jī)協(xié)作交互力信號(hào)的處理
    5.5 人機(jī)協(xié)作模式下模糊變參數(shù)導(dǎo)納控制算法仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
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(hào)：3795331