發(fā)布時間：2017-10-08 19:38

  本文關(guān)鍵詞：結(jié)腸鏡機(jī)器人力感知與柔順控制研究

  更多相關(guān)文章： 結(jié)腸鏡機(jī)器人 連續(xù)型機(jī)器人 力感知 柔順控制

【摘要】：由于現(xiàn)今社會污染的加重以及人們飲食結(jié)構(gòu)的改變,目前,全球結(jié)直腸癌發(fā)病率已位于男性癌癥的第三位,女性癌癥的第二位,其中我國的腸癌發(fā)病率增速達(dá)年均4%,是世界水平的兩倍。而目前常規(guī)結(jié)腸內(nèi)窺鏡在檢查過程中主動彎曲能力不足從而易引起病人嚴(yán)重不適和痛苦,甚至導(dǎo)致腸道穿孔,所以越來越多的學(xué)者嘗試將機(jī)器人技術(shù)引入結(jié)直腸鏡檢查過程中。由于人體腸道具有相對浮動性,形狀及位置不完全固定,為了提高結(jié)腸鏡機(jī)器人進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢查時的安全性以及可靠性,本文研究了結(jié)腸鏡機(jī)器人力感知系統(tǒng)以及基于力感知的結(jié)腸鏡機(jī)器人柔順控制系統(tǒng)和柔順控制算法。通過力感知系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測機(jī)器人與腸道壁的接觸壓力,機(jī)器人采用柔順控制算法使得機(jī)器人與腸道壁的接觸壓力始終保持在安全閾值之內(nèi),提高結(jié)腸鏡機(jī)器人腸道檢查過程中的安全性。具體研究內(nèi)容如下:一、力感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其參數(shù)標(biāo)定。通過對結(jié)腸鏡機(jī)器人蛇形本體部分表面受力變形的建模與仿真分析設(shè)計(jì)符合系統(tǒng)要求的壓力傳感器結(jié)構(gòu)以及壓力傳感器的信號采集系統(tǒng),并在此基礎(chǔ)上針對傳感器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行力感知系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定。二、基于力感知的柔順控制算法研究。首先分析機(jī)器人各關(guān)節(jié)段運(yùn)動姿態(tài)特點(diǎn)與相互關(guān)系,得到基于人工導(dǎo)向的主動彎曲控制方法;隨后針對結(jié)腸鏡機(jī)器人密閉的人體腸腔工作環(huán)境,對腸腔組織進(jìn)行力學(xué)分析,并在機(jī)器人連續(xù)體各關(guān)節(jié)段之間串聯(lián)耦合的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)基礎(chǔ)上,建立關(guān)節(jié)段與腸道的接觸模型,研究基于接觸力的機(jī)器人姿態(tài)修正算法;最后,融合力感知控制系統(tǒng),基于以上人工導(dǎo)向控制算法和機(jī)器人姿態(tài)修正算法得到機(jī)器人最終的柔順控制方法。三、控制系統(tǒng)搭建和實(shí)驗(yàn)研究�？刂葡到y(tǒng)由三個子系統(tǒng)構(gòu)成:彎曲控制系統(tǒng)、前進(jìn)控制系統(tǒng)以及力感知系統(tǒng),分別對該三個系統(tǒng)進(jìn)行硬件和軟件的設(shè)計(jì)與調(diào)試。在此基礎(chǔ)上開展機(jī)器人彎曲實(shí)驗(yàn)以及模擬結(jié)腸實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證基于力感知的柔順控制方法的正確性和可行性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明:所設(shè)計(jì)的力感知系統(tǒng)能夠在結(jié)腸鏡機(jī)器人彎曲運(yùn)動時對在結(jié)腸鏡機(jī)器人本體部分施加的壓力進(jìn)行實(shí)時感知,可以滿足結(jié)腸鏡機(jī)器人柔順控制的需要。另外模擬結(jié)腸實(shí)驗(yàn)也證明基于力感知的結(jié)腸鏡機(jī)器人柔順控制算法可以有效地實(shí)時控制機(jī)器人與腸道壁的接觸壓力始終在安全閾值范圍之內(nèi),使機(jī)器人可以根據(jù)腸道的彎曲狀態(tài)實(shí)時控制機(jī)器人的彎曲姿態(tài)從而適應(yīng)腸腔環(huán)境,避開障礙,柔順地通過結(jié)腸。
【關(guān)鍵詞】：結(jié)腸鏡機(jī)器人 連續(xù)型機(jī)器人 力感知 柔順控制
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.1.1 課題來源10
• 1.1.2 研究背景10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析11-19
• 1.2.1 內(nèi)窺鏡機(jī)器人研究現(xiàn)狀及分析11-13
• 1.2.2 力感知與柔順控制研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.3 連續(xù)體機(jī)器人柔順控制研究現(xiàn)狀16-19
• 1.3 本文研究內(nèi)容19-20
• 第二章 力感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)20-38
• 2.0 結(jié)腸生物模型特性分析20-21
• 2.1 結(jié)腸鏡機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)簡介21-24
• 2.2 壓力傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)24-28
• 2.2.1 結(jié)腸鏡機(jī)器人本體表面受力變形建模與仿真分析24-26
• 2.2.2 結(jié)腸鏡機(jī)器人壓力傳感器結(jié)構(gòu)26-28
• 2.3 力感知信號采集與標(biāo)定系統(tǒng)設(shè)計(jì)28-33
• 2.3.1 力感知系統(tǒng)信號采集電路設(shè)計(jì)29-30
• 2.3.2 傳感器標(biāo)定實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建30-33
• 2.4 力感知系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)定33-37
• 2.4.1 傳感器方向辨識33-35
• 2.4.2 傳感器壓力標(biāo)定35-37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 第三章 基于力感知的關(guān)節(jié)段柔順控制方法研究38-54
• 3.1 關(guān)節(jié)段運(yùn)動姿態(tài)分析38
• 3.2 基于人工導(dǎo)向的主動控制方法研究38-40
• 3.3 關(guān)節(jié)段力感知理論研究40-46
• 3.3.1 結(jié)腸組織生物力學(xué)分析40-44
• 3.3.2 基于力感知的單關(guān)節(jié)段運(yùn)動特性44-46
• 3.4 基于接觸力的機(jī)器人姿態(tài)修正算法46-51
• 3.4.1 關(guān)節(jié)段運(yùn)動耦合關(guān)系分析46-49
• 3.4.2 關(guān)節(jié)段姿態(tài)修正理論分析49-51
• 3.5 融合力感知的人工導(dǎo)向主動柔順控制算法51-53
• 3.6 本章小結(jié)53-54
• 第四章 機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)54-67
• 4.1 控制系統(tǒng)硬件搭建54-59
• 4.1.1 彎曲控制系統(tǒng)54-56
• 4.1.2 前進(jìn)控制系統(tǒng)56-58
• 4.1.3 基于力感知的整體硬件系統(tǒng)搭建58-59
• 4.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)59-66
• 4.2.1 前進(jìn)控制軟件設(shè)計(jì)59-62
• 4.2.2 彎曲控制軟件設(shè)計(jì)62-65
• 4.2.3 基于力感知的整體軟件設(shè)計(jì)65-66
• 4.3 本章小結(jié)66-67
• 第五章 實(shí)驗(yàn)研究67-77
• 5.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹67-68
• 5.2 機(jī)器人彎曲實(shí)驗(yàn)68-71
• 5.3 基于模擬結(jié)腸的運(yùn)動實(shí)驗(yàn)71-76
• 5.4 本章小結(jié)76-77
• 第六章 總結(jié)與展望77-79
• 6.1 總結(jié)77
• 6.2 展望77-79
• 參考文獻(xiàn)79-84
• 附錄84-90
• 作者在讀期間科研成果簡介90-91
• 致謝91-92

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳林;奚如如;王興松;;套索驅(qū)動細(xì)長機(jī)器人的初步設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J];機(jī)電工程;2011年03期

2 謝芝馨;;蘇聯(lián)機(jī)器人技術(shù)述評[J];機(jī)械與電子;1989年04期

3 羅飛，，余達(dá)太;主動式控制──機(jī)器人抑振控制的有效方式[J];機(jī)器人;1995年04期

4 盧桂章;當(dāng)前高技術(shù)發(fā)展的前沿——機(jī)器人技術(shù)[J];天津科技;1995年01期

5 蘇陸;日本機(jī)器人技術(shù)與產(chǎn)品[J];全球科技經(jīng)濟(jì)w

本文編號：995929