经尿道手术机器人系统的驱动与遥操作实现

发布时间：2020-09-22 14:15

　　 膀胱癌是世界第九大最为频发的癌症,在2012年一年中就夺去165000人的生命。为了防治膀胱癌,医学家已经研究了几种膀胱癌的治疗手段。在目前的治疗手段中,经尿道膀胱肿瘤切除术是最常用的治疗方法。但是,受限于手动工具灵活性的限制,TURBT治疗方法也会存在肿瘤复发等问题。本文基于手动器械的缺点,向读者展示了一种新型的经尿道手术机器人系统。本硕士论文阐释了经尿道手术机器人系统的遥操作控制和驱动实现。该手术机器人系统的执行部分包括两个外径3mm的连续体操作臂。两个操作臂可以在视觉模块的引导下同时通过一个外径为8mm的膀胱镜模组进入膀胱实施手术操作。首先,本文总体介绍了经尿道手术机器人系统的各部分设计,主要包括连续体手术操作臂、可锁住的手术臂基座、视觉模块的结构设计和控制系统软硬件的选型。除此以外,本文还详细解释了单节连续体机构和多节连续体机构的正运动学模型以及利用Resolved Rates算法推导了多节连续体操作臂的逆运动学的数值解法,为接下来在任务空间控制机器人提供了解决方法。本文详细阐述了该手术机器人的控制系统的实现。手术机器人使用主从式的遥操作控制方式。主控端使用两个PHANToM Omni作为主控输入设备;在从控端部分,该系统选用基于Cortex-R5的实时操作平台Hercules和实时操作系统FreeRTOS作为软硬件环境,基于该软硬件环境,该机器人在关节空间和任务空间的运动都可以被实时且安全的控制。为了提高手术机器人的控制精度,本文还对连续体操作臂进行了位置标定实验,本文详细介绍了驱动量补偿模型、补偿实验的装置、标定方法,并在最后的位置精度实验列出了连续体操作臂的位置控制精度。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TH789;TP242

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本文编号：2824500