腫瘤疾病是醫(yī)學(xué)界的難題,嚴重影響著患者的生活質(zhì)量及家庭幸福,目前醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)τ谀[瘤的治療還未探索出新的辦法,依舊是傳統(tǒng)切除腫瘤組織或放射性治療,傳統(tǒng)人工徒手實施放療手術(shù)存在精度低且醫(yī)生易被輻射的風(fēng)險。因此研究一種高效安全的放射治療方式是亟待解決的問題,把機器人引入腫瘤放療手術(shù)中,通過光學(xué)導(dǎo)航定位系統(tǒng)、機器人路徑規(guī)劃及安全控制策略,從而使手術(shù)由機器人來替代實施,達到精準(zhǔn)、安全、高效的目的。文本結(jié)合臨床醫(yī)生的手術(shù)經(jīng)驗,全面分析手術(shù)流程,根據(jù)手術(shù)需要建立腫瘤放療輔助機器人系統(tǒng),并提出機器人實施手術(shù)流程;對機器人運動特性進行分析,通過D-H法建立運動學(xué)模型,解算機器人正逆運動學(xué)方程,并使用Matlab Robotics Toolbox函數(shù)驗證其正確性。結(jié)合光學(xué)導(dǎo)航定位系統(tǒng),提出平面測量法、旋轉(zhuǎn)法,和改進型平面旋轉(zhuǎn)法三種機器人手術(shù)空間配準(zhǔn)法,通過實驗探究出改進型平面旋轉(zhuǎn)法配準(zhǔn)方式的優(yōu)異性;隨后對機器人安全控制策略進行研究分析,將手術(shù)空間按不同階段劃分成三部分,針對各部分特點制定不同控制策略。通過Simulink對系統(tǒng)進行建模仿真,并在經(jīng)典阻抗控制理策略基礎(chǔ)上引入二階模糊控制策略,最終通過仿真驗證其柔順操作特性。通過模擬實驗對本文構(gòu)建的腫瘤放療輔助機器人系統(tǒng)進行實驗探究,驗證該系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。數(shù)據(jù)表明在模擬實驗中該系統(tǒng)進針最大位置偏差為0.93mm,最大姿態(tài)偏移角度為0.93°,達到了醫(yī)用可接受范圍,證明本系統(tǒng)能夠滿足放療手術(shù)的需要。
【學(xué)位單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：R730.55;TP242
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題來源
    1.2 課題研究背景及意義
    1.3 醫(yī)療手術(shù)機器人國內(nèi)外研究概況
        1.3.1 國外微創(chuàng)手術(shù)機器人系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀
        1.3.2 國內(nèi)微創(chuàng)手術(shù)機器人系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀
        1.3.3 國內(nèi)外介入式穿刺外科手術(shù)機器人系統(tǒng)
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
第2章 腫瘤放療手術(shù)流程分析及系統(tǒng)構(gòu)建
    2.1 腫瘤放療輔助機器人手術(shù)系統(tǒng)設(shè)計要求
    2.2 腫瘤放療輔助機器人的手術(shù)方案
        2.2.1 機器人手術(shù)流程分析
        2.2.2 機器人放療手術(shù)運動規(guī)劃
    2.3 腫瘤放療輔助機器人手術(shù)系統(tǒng)構(gòu)成
        2.3.1 六自由度串聯(lián)機器人
        2.3.2 光學(xué)導(dǎo)航定位系統(tǒng)
        2.3.3 六維力傳感器系統(tǒng)
        2.3.4 控制系統(tǒng)
    2.4 本章小結(jié)
第3章 腫瘤放療輔助機器人手術(shù)空間配準(zhǔn)
    3.1 機器人運動學(xué)分析
        3.1.1 機器人坐標(biāo)系建立
        3.1.2 機器人正運動學(xué)求解
        3.1.3 機器人逆運動學(xué)求解
        3.1.4 機器人運動學(xué)驗證
    3.2 機器人手術(shù)空間配準(zhǔn)
        3.2.1 平面測量法
        3.2.2 旋轉(zhuǎn)配準(zhǔn)法
        3.2.3 改進型自動直線旋轉(zhuǎn)配準(zhǔn)法
    3.3 手術(shù)空間配準(zhǔn)檢測驗證
        3.3.1 手術(shù)空間配準(zhǔn)驗證方式
        3.3.2 手術(shù)空間配準(zhǔn)結(jié)果分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 腫瘤放療輔助機器人安全控制策略研究
    4.1 安全控制策略
        4.1.1 手術(shù)空間區(qū)域劃分
        4.1.2 基于SimMechanics的控制模型
    4.2 阻抗控制原理
        4.2.1 阻抗控制設(shè)計
        4.2.2 阻抗控制參數(shù)分析
    4.3 基于視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的阻抗控制研究
        4.3.1 經(jīng)典阻抗控制探究
        4.3.2 基于視覺的模糊自適應(yīng)阻抗控制研究
    4.4 本章小結(jié)
第5章 腫瘤放療手術(shù)模擬實驗研究
    5.1 機器人末端工具跟隨測試
    5.2 腫瘤放療輔助手術(shù)模擬實驗
        5.2.1 手術(shù)條件及流程
        5.2.2 機器人手術(shù)結(jié)果分析
    5.3 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果
致謝

【參考文獻】

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本文編號：2828913