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微创手术机器人是医疗机器人的一个重要研究领域。微创机器人手术可以减轻病患的痛苦和缩短手术恢复时间,同时又极大地提高了手术安全性和可靠性。随着手术精度的不断提高,微创手术机器人的应用范围越来越广。该文结合多自由度微创手术机器人的特点,对从操作手的控制系统展开研究。论文的重要工作包括以下内容:
1、该文分析了主从式机器人的工作模式,在对机器人本体进行剖析的基础上,总结了机器人对控制系统的需求,包括输入输出接口需求、通讯能力需求、运算能力需求、实时性以及安全性需求。
2、在需求分析的基础上,该文设计实现了基于DSP(Digital Signal Processor数字信号处理器)+FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)的嵌入式实时硬件系统平台。论文对硬件系统分模块进行了功能说明,给出了设计原理和设计特点。
3、论文结合硬件系统的特点,设计了控制系统的软件结构,详细介绍了软件各层次的功能和实现原理,并给出了软件的主要流程。根据机器人工作特性的需求,机械臂的驱动电机选择了PID控制算法,并对控制算法的理论设计、工程实现进行了详细说明。在此基础上,系统软件还对机器人的安全性能进行了改进。
在机器人系统的全部研究工作完成后,课题组设计了一系列手术模拟实验,对机器人整体的各项性能指标、设计功能进行验证。该文所研究的各项工作也经过了各项实验的验证,试验结果表明:该文所设计的从操作手控制系统的硬件和软件具有较好的模块化设计与很好的适应性,同时具有较高的可靠性。