种植牙手术机器人执行系统设计及控制

发布时间：2023-01-03 10:28

　　手术机器人是医疗机器人中重要的一类机器人,具有精度高、微创等显著优点,已经在腹腔科、骨科、神经外科及心血管外科等领域取得了一定的技术突破和商业化成果。近年来机器人技术在牙科临床方面的应用较受关注,然而在辅助种植牙方面的相关技术仍有待进一步提高。本文在种植牙手术机器人执行系统设计及控制方面展开了分析研究,主要内容如下:在执行系统设计与搭建方面,本文先后开展了执行系统机器人载体选择,末端进给机构及其关键零部件选择,末端执行器工具夹持结构、连接结构设计,末端执行器的可行性分析、加工及安装。针对种植牙手术机器人对灵敏度及精度的要求,本文提出了在机器人载体末端增加进给机构的冗余机构设计方法;针对种植工具难以固定的问题,本文利用三维扫描与逆向工程技术生成了种植工具模型,并通过布尔运算实现了种植工具夹持结构设计。在执行系统位姿控制及力控制方面,本文先后开展了机械臂运动学分析,基于视觉引导的机械臂位姿控制方法与运动规划算法研究,进给机构控制电路搭建与进给机构控制方法研究,力反馈与力控制方法研究。依据种植牙手术机器人执行系统自由度多、控制难度大等特点,本文计算出了机械臂的运动学方程,并分析了能够在高维度... 

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景及意义
    1.2 国内外在该方向的研究现状
        1.2.1 种植牙手术机器人国内外研究现状
        1.2.2 末端执行器国内外研究现状
        1.2.3 运动规划算法国内外研究现状
        1.2.4 国内外文献综述简析
    1.3 本文主要研究内容
第2章 执行系统设计与搭建
    2.1 引言
    2.2 手术背景及机器人载体选择
    2.3 进给方式确定与关键零部件选型
        2.3.1 末端进给机构选择
        2.3.2 关键零部件选型与强度校核
        2.3.3 末端进给机构整体
    2.4 末端执行器结构设计
        2.4.1 夹持结构设计
        2.4.2 连接结构设计
        2.4.3 整体结构简介
    2.5 末端执行器结构可行性分析
    2.6 末端执行器加工及装配
    2.7 本章小结
第3章 执行系统位姿控制及力控制
    3.1 引言
    3.2 机械臂运动学分析
        3.2.1 正向运动学分析
        3.2.2 逆向运动学分析
    3.3 位姿控制方法研究
        3.3.1 基于视觉引导的位姿控制
        3.3.2 运动规划算法的确定
        3.3.3 RRT_Connect算法基本原理
    3.4 进给机构控制方法研究
        3.4.1 控制电路搭建
        3.4.2 控制方法实现
    3.5 力反馈与力控制方法研究
        3.5.1 力反馈方法
        3.5.2 力控制研究
    3.6 本章小结
第4章 基于ROS的碰撞检测和算法验证
    4.1 引言
    4.2 执行系统模型建立
        4.2.1 末端执行器URDF模型构建
        4.2.2 末端执行器与机械臂模型融合
    4.3 基于Move It!的碰撞检测
        4.3.1 配置Move It!
        4.3.2 碰撞检测实验
    4.4 位姿控制算法验证
    4.5 本章小结
第5章 基于CBCT模型的窝洞种植实验
    5.1 引言
    5.2 综合实验平台搭建
        5.2.1 平台搭建与框架简介
        5.2.2 通讯建立与实时控制
    5.3 机器人系统坐标系集成
        5.3.1 各坐标系关系简介
        5.3.2 工具坐标系标定
        5.3.3 手眼标定
    5.4 窝洞种植实验
    5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]3D扫描和逆向建模技术应用[J]. 胡彦萍.  机械工程与自动化. 2019(06)
[2]基于Geomagic Studio的点云数据处理与三维建模技术[J]. 李志彦.  科技资讯. 2019(21)
[3]六关节工业机器人TCP标定模型研究与算法改进[J]. 周星,黄石峰,朱志红.  机械工程学报. 2019(11)
[4]A universal robot gripper based on concentric arrays of rotating pins[J]. An MO,Wenzeng ZHANG.  Science China（Information Sciences）. 2019(05)
[5]七自由度机械臂动力学分析方法[J]. 周晓丽,陈永强,穆星科,谭珏.  航天制造技术. 2018(05)
[6]面向乒乓球对弈作业的七自由度仿人臂多目标轨迹规划[J]. 任子武,陆磐,王振华.  控制理论与应用. 2018(09)
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[8]我国医用机器人的研究现状及展望[J]. 田伟.  骨科临床与研究杂志. 2018(04)
[9]手术机器人的研究进展及其在临床中的应用[J]. 尹军,刘相花,唐海英,颜乐先,陈维平,徐力,周鑫,周林.  医疗卫生装备. 2017(11)
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硕士论文
[1]双机械臂协同运动规划方法研究[D]. 杜晔.哈尔滨工业大学 2018
[2]基于RGB-D视觉识别的机器人抓取规划研究[D]. 曹文武.哈尔滨工业大学 2018
[3]基于ROS平台下高维构形空间中机械臂的运动规划研究[D]. 李赟程.北京工业大学 2017
[4]口腔种植机器人空间映射装置的研发及其应用研究[D]. 吴秦.第四军医大学 2016



本文编号：3727296