手术机器人主从直观操作运动算法及手眼标定奇异性研究
发布时间：2021-07-14 01:05
为了进一步提升微创手术技术,腔镜手术机器人应运而生,其不仅可以还原医生的手眼协调能力而且还能实现更精细复杂的手术动作。随着对医疗质量要求的不断提高,腔镜手术机器人正越来越受到更多患者的关注,其相关技术也正逐渐成为机器人领域的一个研究热点。为此,本文将开展腔镜手术机器人相关技术研究,主要涉及主从直观操作运动映射模型研究、面向机械臂运动学标定的最优测量构形选择研究与手眼标定封闭解奇异性分析及无奇异解研究。首先,面向开放型主控制台的腔镜手术机器人,开展主从直观操作运动映射模型的研究。研制一套腔镜手术机器人从端执行机构,利用修改D-H参数法对一类不满足Pieper准则的机械臂进行正逆运动学建模,并给出运动学逆解奇异时的机械臂几何构形。在此基础上,提出一种基于人类手眼协调能力的主从直观操作运动映射模型,包括位置增量缩放式算法与姿态绝对一致性算法。其次,对从端机械臂开展面向运动学标定的最优测量构形选择研究,提出一种基于矩阵广义均值的最优测量构形选择指标,并论证其与其他指标之间的关系。考虑到运动学标定过程中备选测量构形的离散特性,提出一种用于最优测量构形选择的改进型粒子群搜索算法。针对搜索过程中运动...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
ComputerMotion研制的AESOP系统
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-2-手术机器人系统在国内的应用。图1-1传统的微创手术Fig.1-1ThetraditionalMinimallyInvasiveSurgery1.2腔镜手术机器人系统国内外研究现状鉴于腔镜手术机器人系统具有精度高、灵活性好以及不易受生理因素影响等诸多优势[4]，全球各国政府以及科研院所纷纷投入了大量人力、物力对腔镜手术机器人系统进行了广泛的理论及应用研究，并取得了一定的研究成果。1.2.1腔镜手术机器人系统国外研究现状1994年，美国ComputerMotion公司研制成功世界上首台内窥镜控制手术机器人系统AESOP[5]，并于同年获得了美国FoodandDrugAdministration（FDA）认证。如图1-2所示，医生通过操控脚踏板实现对AESOP所夹持内窥镜的位姿（位置与姿态）控制，可以提供比人为控制更为精确且稳定的手术视野场景。基于AESOP系统的研发经验，ComputerMotion公司又研制成功了ZEUS系统。如图1-3所示，ZEUS系统所夹持手术器械能够“复现”医生的精细动作指令，且主控制台滤抖算法也可有效提高手术操作的精度。然而，该系统却因占用空间大、手术协作空间小以及灵活性欠缺等不足限制了其应用。图1-2ComputerMotion研制的AESOP系统图1-3ComputerMotion研制的ZEUS系统Fig.1-2AESOPsystemofComputerMotionFig.1-3ZEUSsystemofComputerMotion2001年，美国IntuitiveSurgical公司推出了一款获FDA认证的腔镜手术机
ComputerMotion研制的ZEUS系统
【参考文献】：
期刊论文
[1]一类不满足Pieper准则的机器人逆运动学解析解获取方法[J]. 于凌涛,王文杰,王正雨,谷庆,王岚. 机器人. 2016(04)
[2]医疗机器人技术发展综述[J]. 倪自强,王田苗,刘达. 机械工程学报. 2015(13)
[3]三维表面扫描机器人本体的最优形位标定方法[J]. 吴德烽,李爱国. 机械工程学报. 2013(17)
[4]基于动态视觉引导的外科手术机器人器械臂运动方法[J]. 于凌涛,王正雨,于鹏,王涛,宋华建. 机器人. 2013(02)
[5]非线性最优机器人手眼标定[J]. 王君臣,王田苗,杨艳,胡磊. 西安交通大学学报. 2011(09)
[6]Optimal measurement configurations for kinematic calibration of six-DOF serial robot[J]. 黎田,孙奎,谢宗武,刘宏. Journal of Central South University of Technology. 2011(03)
[7]基于吴方法的6R机器人逆运动学旋量方程求解[J]. 吕世增,张大卫,刘海年. 机械工程学报. 2010(17)
[8]基于PLC的神经外科机器人控制系统研究[J]. 王田苗,唐粲,魏军,刘达. 机器人. 2006(05)
[9]医疗机器人发展概况综述[J]. 杜志江,孙立宁,富历新. 机器人. 2003(02)
博士论文
[1]面向主从式微创外科手术机器人的遥操作运动控制策略研究[D]. 唐奥林.上海交通大学 2014
[2]微创腹腔外科手术机器人执行系统研制及其控制算法研究[D]. 马如奇.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3283089
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
ComputerMotion研制的AESOP系统
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-2-手术机器人系统在国内的应用。图1-1传统的微创手术Fig.1-1ThetraditionalMinimallyInvasiveSurgery1.2腔镜手术机器人系统国内外研究现状鉴于腔镜手术机器人系统具有精度高、灵活性好以及不易受生理因素影响等诸多优势[4]，全球各国政府以及科研院所纷纷投入了大量人力、物力对腔镜手术机器人系统进行了广泛的理论及应用研究，并取得了一定的研究成果。1.2.1腔镜手术机器人系统国外研究现状1994年，美国ComputerMotion公司研制成功世界上首台内窥镜控制手术机器人系统AESOP[5]，并于同年获得了美国FoodandDrugAdministration（FDA）认证。如图1-2所示，医生通过操控脚踏板实现对AESOP所夹持内窥镜的位姿（位置与姿态）控制，可以提供比人为控制更为精确且稳定的手术视野场景。基于AESOP系统的研发经验，ComputerMotion公司又研制成功了ZEUS系统。如图1-3所示，ZEUS系统所夹持手术器械能够“复现”医生的精细动作指令，且主控制台滤抖算法也可有效提高手术操作的精度。然而，该系统却因占用空间大、手术协作空间小以及灵活性欠缺等不足限制了其应用。图1-2ComputerMotion研制的AESOP系统图1-3ComputerMotion研制的ZEUS系统Fig.1-2AESOPsystemofComputerMotionFig.1-3ZEUSsystemofComputerMotion2001年，美国IntuitiveSurgical公司推出了一款获FDA认证的腔镜手术机
ComputerMotion研制的ZEUS系统
【参考文献】：
期刊论文
[1]一类不满足Pieper准则的机器人逆运动学解析解获取方法[J]. 于凌涛,王文杰,王正雨,谷庆,王岚. 机器人. 2016(04)
[2]医疗机器人技术发展综述[J]. 倪自强,王田苗,刘达. 机械工程学报. 2015(13)
[3]三维表面扫描机器人本体的最优形位标定方法[J]. 吴德烽,李爱国. 机械工程学报. 2013(17)
[4]基于动态视觉引导的外科手术机器人器械臂运动方法[J]. 于凌涛,王正雨,于鹏,王涛,宋华建. 机器人. 2013(02)
[5]非线性最优机器人手眼标定[J]. 王君臣,王田苗,杨艳,胡磊. 西安交通大学学报. 2011(09)
[6]Optimal measurement configurations for kinematic calibration of six-DOF serial robot[J]. 黎田,孙奎,谢宗武,刘宏. Journal of Central South University of Technology. 2011(03)
[7]基于吴方法的6R机器人逆运动学旋量方程求解[J]. 吕世增,张大卫,刘海年. 机械工程学报. 2010(17)
[8]基于PLC的神经外科机器人控制系统研究[J]. 王田苗,唐粲,魏军,刘达. 机器人. 2006(05)
[9]医疗机器人发展概况综述[J]. 杜志江,孙立宁,富历新. 机器人. 2003(02)
博士论文
[1]面向主从式微创外科手术机器人的遥操作运动控制策略研究[D]. 唐奥林.上海交通大学 2014
[2]微创腹腔外科手术机器人执行系统研制及其控制算法研究[D]. 马如奇.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3283089
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