混联式驱动力感知一体化脊柱手术机器人系统研制
发布时间：2022-04-16 08:13
传统的医生主导的脊柱手术方式主要为开放式手术,为了充分显露术野,需要将脊柱周围的软组织及肌肉剥离。这种手术方式容易造成患者术后回复周期长,造成肌肉僵硬,肌无力等后遗症。同时医生长期暴露在辐射环境下也会对医护人员健康造成威胁。在巨大市场前景吸引和技术进步的推动下,机器人辅助脊柱微创手术逐渐受到更多的重视及关注。本文主要以小型化,高自主性作为设计的侧重点,设计了一款脊柱微创手术机器人,使其能自主完成部分手术操作,更多的承担手术任务。主要包括以下内容:本文通过对脊柱手术需求等分析,总结出了机器人脊柱微创手术过程,并给出了相应的机器人技术指标。根据技术指标及设计目标对机器人构型进行了分析。主要分析了几种解耦度较高的备选构型,通过分析对比最终设计了混联式的脊柱手术机器人构型,作为最终方案。根据脊柱手术指标及工作空间要求完成了关键主要结构参数的设计,并以集成化的设计思路完成了混联式脊柱手术机器人系统整体机械系统的设计。为了分析机器人的可控性,并为控制算法的编写打下基础,本文进一步根据机器人的构型完成了机器人正逆运动学分析,并利用旋量理论对机器人自由度,及雅可比矩阵进行分析。其中利用旋量理论完成了欧...
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SpineAssist系统6自由度并联操作器[13]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-ROSA脊柱手术机器人系统由法国Medtech公司研制，2015年通过了CFDA、CE认证。ROSA[14][15]微创手术系统由三部分构成，分别为手术机器人、导航系统、工作站，如图1-2所示。其中手术机器人为六自由度串联机器人成品运动灵活精度高，末端搭载多维力传感器，用于实现术前摆位与医生进行柔顺交互。机器人的导航系统搭载有红外双目摄像机可识别分别固连于机器人末端和患者脊柱上的红外靶点，并通过相对位置信息实现空间定位和呼吸补偿。工作站是脊柱手术机器人系统的核心部分，实现与医生进行直接交互、手术规划、计算、导航、机器人运动控制以及轨迹跟踪，尤其是能够对整个手术过程的实时状态监控。由于机器人只为手术提供导向功能，医生仍然可以通过手术器械感知轴向力。图1-2ROSA脊柱手术系统[14][15]2016年10月，Mazor公司在波士顿北美脊柱协会年度会议上发布了MazorX脊柱手术机器人[12]，如图1-3所示。MazorX采用了全新的设计，机器人部分采用了平行轴串联机械臂，双目摄像头及显示器也固连与机器人之上，集成度更高，精度也得到大幅提高，整体系统的人机工程也更方便医生操作。同时机器人通过交互式三维规划和信息系统提供实时图像引导和可视化导航。其上安装有部分支架固连于人的脊柱，用于感知人体位移并进行呼吸补偿。图1-3Mazor公司MazorX脊柱手术机器人系统[12]此外国外尚处于研发阶段的脊柱手术机器人如：韩国汉阳大学自主研制的脊柱微创手术机器人系统SPINEBOT[16]，该系统具备手动控制、机器人自主钻孔，机器人自主进钉三种主要功能，如图1-4所示。LWR医疗机器人是由德
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-ROSA脊柱手术机器人系统由法国Medtech公司研制，2015年通过了CFDA、CE认证。ROSA[14][15]微创手术系统由三部分构成，分别为手术机器人、导航系统、工作站，如图1-2所示。其中手术机器人为六自由度串联机器人成品运动灵活精度高，末端搭载多维力传感器，用于实现术前摆位与医生进行柔顺交互。机器人的导航系统搭载有红外双目摄像机可识别分别固连于机器人末端和患者脊柱上的红外靶点，并通过相对位置信息实现空间定位和呼吸补偿。工作站是脊柱手术机器人系统的核心部分，实现与医生进行直接交互、手术规划、计算、导航、机器人运动控制以及轨迹跟踪，尤其是能够对整个手术过程的实时状态监控。由于机器人只为手术提供导向功能，医生仍然可以通过手术器械感知轴向力。图1-2ROSA脊柱手术系统[14][15]2016年10月，Mazor公司在波士顿北美脊柱协会年度会议上发布了MazorX脊柱手术机器人[12]，如图1-3所示。MazorX采用了全新的设计，机器人部分采用了平行轴串联机械臂，双目摄像头及显示器也固连与机器人之上，集成度更高，精度也得到大幅提高，整体系统的人机工程也更方便医生操作。同时机器人通过交互式三维规划和信息系统提供实时图像引导和可视化导航。其上安装有部分支架固连于人的脊柱，用于感知人体位移并进行呼吸补偿。图1-3Mazor公司MazorX脊柱手术机器人系统[12]此外国外尚处于研发阶段的脊柱手术机器人如：韩国汉阳大学自主研制的脊柱微创手术机器人系统SPINEBOT[16]，该系统具备手动控制、机器人自主钻孔，机器人自主进钉三种主要功能，如图1-4所示。LWR医疗机器人是由德
本文编号：3645911
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【学位级别】：硕士
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SpineAssist系统6自由度并联操作器[13]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-ROSA脊柱手术机器人系统由法国Medtech公司研制，2015年通过了CFDA、CE认证。ROSA[14][15]微创手术系统由三部分构成，分别为手术机器人、导航系统、工作站，如图1-2所示。其中手术机器人为六自由度串联机器人成品运动灵活精度高，末端搭载多维力传感器，用于实现术前摆位与医生进行柔顺交互。机器人的导航系统搭载有红外双目摄像机可识别分别固连于机器人末端和患者脊柱上的红外靶点，并通过相对位置信息实现空间定位和呼吸补偿。工作站是脊柱手术机器人系统的核心部分，实现与医生进行直接交互、手术规划、计算、导航、机器人运动控制以及轨迹跟踪，尤其是能够对整个手术过程的实时状态监控。由于机器人只为手术提供导向功能，医生仍然可以通过手术器械感知轴向力。图1-2ROSA脊柱手术系统[14][15]2016年10月，Mazor公司在波士顿北美脊柱协会年度会议上发布了MazorX脊柱手术机器人[12]，如图1-3所示。MazorX采用了全新的设计，机器人部分采用了平行轴串联机械臂，双目摄像头及显示器也固连与机器人之上，集成度更高，精度也得到大幅提高，整体系统的人机工程也更方便医生操作。同时机器人通过交互式三维规划和信息系统提供实时图像引导和可视化导航。其上安装有部分支架固连于人的脊柱，用于感知人体位移并进行呼吸补偿。图1-3Mazor公司MazorX脊柱手术机器人系统[12]此外国外尚处于研发阶段的脊柱手术机器人如：韩国汉阳大学自主研制的脊柱微创手术机器人系统SPINEBOT[16]，该系统具备手动控制、机器人自主钻孔，机器人自主进钉三种主要功能，如图1-4所示。LWR医疗机器人是由德
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-ROSA脊柱手术机器人系统由法国Medtech公司研制，2015年通过了CFDA、CE认证。ROSA[14][15]微创手术系统由三部分构成，分别为手术机器人、导航系统、工作站，如图1-2所示。其中手术机器人为六自由度串联机器人成品运动灵活精度高，末端搭载多维力传感器，用于实现术前摆位与医生进行柔顺交互。机器人的导航系统搭载有红外双目摄像机可识别分别固连于机器人末端和患者脊柱上的红外靶点，并通过相对位置信息实现空间定位和呼吸补偿。工作站是脊柱手术机器人系统的核心部分，实现与医生进行直接交互、手术规划、计算、导航、机器人运动控制以及轨迹跟踪，尤其是能够对整个手术过程的实时状态监控。由于机器人只为手术提供导向功能，医生仍然可以通过手术器械感知轴向力。图1-2ROSA脊柱手术系统[14][15]2016年10月，Mazor公司在波士顿北美脊柱协会年度会议上发布了MazorX脊柱手术机器人[12]，如图1-3所示。MazorX采用了全新的设计，机器人部分采用了平行轴串联机械臂，双目摄像头及显示器也固连与机器人之上，集成度更高，精度也得到大幅提高，整体系统的人机工程也更方便医生操作。同时机器人通过交互式三维规划和信息系统提供实时图像引导和可视化导航。其上安装有部分支架固连于人的脊柱，用于感知人体位移并进行呼吸补偿。图1-3Mazor公司MazorX脊柱手术机器人系统[12]此外国外尚处于研发阶段的脊柱手术机器人如：韩国汉阳大学自主研制的脊柱微创手术机器人系统SPINEBOT[16]，该系统具备手动控制、机器人自主钻孔，机器人自主进钉三种主要功能，如图1-4所示。LWR医疗机器人是由德
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