正颌手术辅助机器人系统设计

发布时间：2017-10-30 22:17

  本文关键词：正颌手术辅助机器人系统设计

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【摘要】：近年来,机器人技术与外科医学的联系越来越紧密,机器人在外科手术领域展现了其在灵活性、稳定性及准确性等方面的巨大优势,其不仅能减缓医生操作疲劳,还能够帮助医生提高手术精度。手术辅助机器人系统的出现可以提高手术的质量和安全性,降低医疗成本,为高难度手术的普及提供可能。本文参考骨科手术辅助机器人系统结构,以正颌手术中的上颌骨截骨前移术为任务,设计能够辅助医生完成上颌骨重定位的正颌手术辅助机器人系统,实现数字化术前设计的量化实施。论文主要的研究内容如下：(1)本文以正颌手术中的上颌骨截骨前移术为具体任务,分析了其手术方式和手术需求。参考成熟骨科手术辅助机器人产品的系统架构,提出了正颌手术辅助机器人技术路线。根据系统结构和手术机器人介入方式将整个手术流程分为术前设计,手术数据匹配和手术动作执行三个阶段,有效提高了正颌手术中上颌骨重定位精度；(2)本文分析了机器人和导航系统的工作原理和工作方式,建立了六自由度机器人和双目视觉系统数学模型,探讨了六自由度机器人D-H模型的建立方法及其正逆运动学解算,然后详细分析了双目立体视觉的模型参数、标定方法和测量原理；(3)本文研究了正颌手术辅助机器人系统工作时容易产生误差的环节,对于不可避免又对手术精度产生较大影响的手术环节进行了分析设计,提高了坐标系转换和手术器械标定的精度。根据正颌手术机器人的系统结构和工作流程设计了系统软件,并对软件功能和实现方法进行了分析;(4)本文分别通过实验验证了机器人定位精度、双目视觉系统测量精度、坐标系转换精度和整体手术精度,验证了系统的可行性。根据实验结果分析了各环节误差对最终手术效果的影响以及最终误差产生的原因,总结了后续的工作重点。
【关键词】：正颌手术 手术机器人 坐标系转换 手术器械标定
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 绪论12-23
• 1.1 引言12
• 1.2 课题研究背景与意义12-14
• 1.3 手术机器人发展及研究现状14-21
• 1.3.1 通用手术辅助机器人15-17
• 1.3.2 骨科手术辅助机器人17-19
• 1.3.3 颅颌面手术辅助机器人19-21
• 1.4 本文主要工作21
• 1.5 论文结构21-23
• 第2章 正颌手术辅助机器人系统技术路线分析23-33
• 2.1 正颌手术分析23-26
• 2.1.1 正颌手术流程分析24-25
• 2.1.2 正颌手术需求分析25-26
• 2.2 正颌手术辅助机器人系统结构分析26-32
• 2.2.1 正颌手术术前设计28-29
• 2.2.2 正颌手术术中导航29-30
• 2.2.3 机器人系统及其末端工具分析30-32
• 2.3 本章小结32-33
• 第3章 正颌手术辅助机器人系统模型建立33-44
• 3.1 六自由度机器人33-37
• 3.1.1 机器人D-H模型33-35
• 3.1.2 机器人正运动学分析35
• 3.1.3 机器人逆运动学分析35-37
• 3.2 目立体视觉37-43
• 3.2.1 摄像机内外参数38-40
• 3.2.2 双目立体视觉参数标定40-41
• 3.2.3 目立体视觉测量原理41-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第4章 正颌手术辅助机器人系统搭建44-57
• 4.1 系统坐标系配准44-49
• 4.1.1 十三参数坐标系转换模型45-48
• 4.1.2 七参数坐标系转换模型48-49
• 4.2 机器人末端工具标定49-52
• 4.3 系统软件设计52-56
• 4.3.1 准备阶段52-53
• 4.3.2 执行阶段53-55
• 4.3.3 术中监控55-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第5章 实验验证及分析57-66
• 5.1 机器人定位精度及导航测量精度实验57-59
• 5.2 坐标系转换精度实验59-62
• 5.3 系统定位精度实验62-64
• 5.4 实验分析64-66
• 第6章 总结与展望66-68
• 6.1 总结66-67
• 6.2 展望67-68
• 参考文献68-73
• 致谢73-74
• 攻读硕士期间发表的论文74
• 攻读硕士期间参与的项目74-75
• 学位论文评阅及答辩情况表75

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本文编号：1119563