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腹腔镜微创手术机器人在医疗领域的广泛应用,拓展了医生的手术能力,提高了手术的质量,减少了患者痛苦。鉴于腹腔镜微创手术机器人的诸多优势,针对此类机器人系统的开发已经成为世界各大科研机构和高等院校研究工作的热点问题。本文结合项目组自行研制的腹腔镜微创手术机器人系统,对机器人运动系统展开研究。主要工作包括以下内容:
1、结合所研制的机器人系统的特点与操作要求,在主操作手和从操作手运动学模型基础上,对运动学模型进行了仿真分析,设计了基于运动学模型实现异构结构达到同构结构实际控制效果的主从异构映射算法;并针对机器人系统主从操作的特点,定性分析了主从操作中存在的误差,设计了减小误差的方法。
2、针对腹腔镜持镜臂(图像臂)在手术中的辅助运动特性,结合项目的实际需要,建立了图像臂的运动学模型;同时针对图像臂的运动特点,提出了基于切入点的运动控制算法,并进行了一系列MATLAB仿真分析和临床实验研究;进一步完成了主操作手对图像臂运动控制算法。
3、设计了运动坐标系和图像坐标系实时空间映射算法,解决了由于医生手术操作和通过腹腔镜观察到图像运动不一致的问题;进而在实验中验证了映射算法的正确性。
4、结合主从操作的特点,完成了主从操作重复定位精度测量实验。在试验中对采集到的空间坐标序列,应用最小二乘法对数据进行分析;并系统地介绍了手术机器人针对实验对象(猪)的胆囊切除和缝合手术。
以上工作是项目组研制的腹腔镜微创手术机器人系统的一部分,这部分功能在机器人系统的手术过程中体现出来,并通过各种实验分析得到了验证。