静脉采血机器人原理样机的设计与实验

发布时间：2020-06-29 23:09

【摘要】：随着医疗技术的发展,静脉采血化验已经成为诊断、治疗过程中必不可少的步骤,而目前临床上只能依靠熟练的医护人员手动采血完成,因此在体力和精神压力上均带来极大挑战。这些医护人员虽经过专门的培训,失败率依旧很高,亟需一种能够替代或协助医护人员完成自动、半自动采血的机器人系统。随着计算机视觉、传感和机器人技术的进步,开发自动静脉采血机器人系统的技术条件逐渐成熟。在巨大市场前景吸引和技术进步的推动下,静脉采血机器人的研究吸引了各国学者的广泛关注。本文针对静脉采血机器人系统的研制开展了深入研究,主要包括以下内容:首先在充分调研市场需求和人工采血工艺流程的基础上,完成了静脉采血机器人的总体方案设计。基于模块化设计理念,完成机器人系统功能模块划分,明确了个模块的技术设计指标。然后完成了静脉采血机器人系统的本体结构、硬件控制系统和传感系统的优化设计,采用改进的串联双平行四连杆机械臂和解耦式挑针设计完成机器人本体结构的优化设计,实现了各自由度的解耦控制,降低了控制难度,提升了开发效率;采用PC上位机-多轴运动控制器-伺服驱动器的架构完成了机器人控制系统的设计,具有人机界面友好、控制精度高、可迭代性好的特点;基于双目近红外相机完成静脉血管识别定位系统设计、基于薄膜压力传感器完成穿刺力实时检测系统设计,为自动实现静脉穿刺控制提供了硬件支撑。接着完成了静脉采血机器人软件系统的设计。人机交互模块采用基于QT的图形化用户界面方便用户操作;控制模块中采用自下而上,逐层封装的方式完成了电机单轴驱动,轴系驱动,机械臂驱动的控制程序;感知模块中采用基于SGBM的三维成像算法对静脉进行三维重构,并通过穿刺过程中的力变化判断血管壁是否穿透。最后在原理样机上进行了实验分析。着重分析了穿刺过程中的穿刺力变化,为实现更为准确的自动挑针提供实验数据,在此基础上完成了半自动的静脉穿刺实验,验证原理样机的功能性,分析性能特点并对下一代产品的设计提供参考。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242
【图文】：

静脉,红外

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文白以及水的吸吸光度差别较大[13]。基于此种特性，研究人员给皮肤表面投射外光，然后通过近红外增强相机获取近红外图像。由于相机对近红外波段的光有可见光波段敏感，所以采集到的近红外图像对比度低且不够清晰。为了便于人员识别静脉，有必要通过图像处理算法来改善图像清晰度，其处理方法主要图像滤波、增强等。这种设备使用安全，无创且成像效果优于静脉显影仪设备实时性较低。因此，要想得到广泛应用，还需要提高算法的效率。

光谱特性,静脉

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文的吸吸光度差别较大[13]。基于此种特性，研究人员给皮肤后通过近红外增强相机获取近红外图像。由于相机对近红外波段敏感，所以采集到的近红外图像对比度低且不够清晰。静脉，有必要通过图像处理算法来改善图像清晰度，其处理、增强等。这种设备使用安全，无创且成像效果优于静脉显低。因此，要想得到广泛应用，还需要提高算法的效率。图 1-1 Veinlite 红外静脉显影仪

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