主从式微创手术机器人系统附加反馈力/位补偿策略研究

发布时间：2022-08-09 12:09

　　微创手术机器人系统作为新兴的服务机器人,迅速成为研究者们研究的热点。与传统手术相比,微创手术具有伤口小、出血量少、术后恢复快和瘢痕少等优点。然而微创手术机器人系统还未能大范围使用,其自身还存在一定的缺陷。针对微创手术机器人系统,本文通过阅读文献,分析微创手术机器人系统的发展现状,提出了附加反馈力和附加位移问题。针对以上两个问题,本文进行了以下研究:采用拉格朗日定理并结合旋量理论,对主操作手的结构进行分析,建立主操作手的动力学模型;基于库伦-粘滞摩擦力模型,分析主操作手关节摩擦力产生的原因,建立包含关节耦合摩擦力的主操作手关节摩擦力模型。将主操作手的动力学模型和关节摩擦力模型结合起来得到优化后的主操作手完整的动力学模型,并对其进行简化处理。采用离线辨识方法,搭建实验平台辨识出主操作手Phantom Desktop的动力学参数,并进行验证。与未进行优化的主操作手动力学模型参数进行对比,结果表明优化后的主操作手动力学模型可以更好地描述主操作手的动力学特性。在优化后的主操作手完整动力学模型的基础上,分析附加反馈力和附加位移产生的原因和补偿原理,提出相应的补偿策略。建立操作者手臂的弹簧质量阻尼模... 

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 微创手术机器人系统概述
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 力反馈设备方面
        1.3.2 控制算法方面
    1.4 研究难点
        1.4.1 主操作手的附加反馈力问题
        1.4.2 主操作手的附加位移问题
    1.5 本文的主要研究内容
第二章 主操作手的动力学建模
    2.1 引言
    2.2 旋量理论概述
    2.3 拉格朗日定理基本概念
    2.4 主操作手的动力学建模
    2.5 主操作手动力学模型的简化处理
        2.5.1 主操作手的重力补偿
        2.5.2 主操作手的线性化处理
    2.6 主操作手的摩擦力模型
        2.6.1 静摩擦模型
        2.6.2 动摩擦模型
        2.6.3 主操作手的关节摩擦力模型
    2.7 本章小结
第三章 主操作手的动力学参数辨识
    3.1 引言
    3.2 参数辨识实验方案
        3.2.1 辨识方法选择
        3.2.2 激励轨迹的选择
        3.2.3 实验平台
        3.2.4 控制器的选择
        3.2.5 实验过程
        3.2.6 数据处理算法的选择
    3.3 未优化的主操作手完整动力学模型
    3.4 参数辨识实验结果分析
        3.4.1 动力学参数结果
        3.4.2 动力学参数的验证
    3.5 本章小结
第四章 主操作手的附加反馈力/位补偿研究
    4.1 引言
    4.2 主操作手的雅克比矩阵
        4.2.1 正运动学分析
        4.2.2 逆运动学分析
        4.2.3 主操作手的雅克比矩阵
    4.3 附加反馈力补偿研究
        4.3.1 附加反馈力产生原因
        4.3.2 附加反馈力补偿策略
    4.4 附加位移补偿研究
        4.4.1 附加位移产生原因
        4.4.2 附加位移补偿原理
        4.4.3 操作者手臂模型
        4.4.4 附加位移补偿策略的仿真验证
    4.5 本章小结
第五章 遥操作实验验证
    5.1 引言
    5.2 主从式遥操作实验平台的搭建
        5.2.1 实验设备
        5.2.2 数据传输
        5.2.3 具有力/位补偿单元的直接力反馈控制结构
    5.3 实验数据的测量方法
    5.4 遥操作实验
        5.4.1 主、从操作手的位置跟踪性
        5.4.2 主、从操作手的力觉透明性
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 工作展望
参考文献
发表论文和参加科研情况
致谢



本文编号：3672532