基于力反馈技术的虚拟手术硬件平台的研究与实现

发布时间：2018-08-06 20:40

【摘要】：近年来,医疗事故愈发频繁,医患矛盾成愈演愈烈之势。而医疗事故中因手术医生失误而造成的外科手术事故占其中很大的比例。对于手术医生的培养与训练越来越受到重视,而传统的手术培训有诸多限制性因素,造成其并不能满足实际需求,虚拟现实技术的发展有望解决传统手术培训方式的不足,从技术上带来革命性的进步。基于力反馈的虚拟手术系统则能使操作者有更强的交互性,是对虚拟现实技术中触觉这一特征的探索。本文以基于力反馈的虚拟手术系统的硬件平台展开研究。 论文按照从理论到应用,从设计到实现的技术路线,在虚拟手术系统的整体框架下,对虚拟力觉和多自由度力反馈机械臂及相应的控制系统进行研究,并结合二自由度力反馈实验平台和六自由度力反馈虚拟手术硬件平台的设计、加工和装配调试过程中的经验,对力反馈硬件平台的关键技术进行深入研究。 本文探索基于力反馈的虚拟手术硬件平台的搭建,分别从力反馈机械臂的设计与分析仿真、下位机传感和控制的设计、上位机通信以及虚拟手术环境软件平台四个方向进行研究。重点研究了力反馈机械臂的设计和控制系统。机械臂的设计结合虚拟力觉和虚拟手术的实际需求,为了试验验证虚拟力觉开发了二自由度实验平台,并结合虚拟手术实际需求开发了六自由度力反馈虚拟手术平台,对六自由度力反馈机械臂的运动学和动力学进行了分析,研发了其配套的控制系统。同时对下位机控制系统和上位机系统进行了研究,并对虚拟手术软件平台进行了简要的分析。
[Abstract]:In recent years, medical accidents have become more frequent and the contradiction between doctors and patients has become more and more intense. And the surgical accident caused by surgeons' errors in medical accidents is a large proportion. The training and training of surgeons are being paid more and more attention, and there are many restrictive factors in the traditional operation training, which can not satisfy the reality. The development of virtual reality technology is expected to solve the shortcomings of traditional surgical training methods and bring revolutionary advances in technology. The virtual operating system based on force feedback can make the operator more interactive. It is a probe into the feature of tactile in virtual reality technology. This paper is based on the virtual surgery system based on the feedback of force. Research on hardware platform.
According to the technical route from the theory to the application, from the design to the realization, the virtual force feedback manipulator and the corresponding control system are studied under the framework of the virtual operation system, and the design, processing and processing of the two DOF feedback experiment platform and the virtual operation hardware platform of the six DOF feedback force feedback are combined. In the process of assembly and debugging, the key technologies of force feedback hardware platform are deeply studied.
This paper explores the construction of virtual operation hardware platform based on force feedback. It studies the design and analysis and Simulation of the force feedback manipulator, the design of the sensing and control of the lower computer, the communication of the upper computer and the software platform of the virtual operation environment. The design and control system of the force back feed manipulator are focused on. The design of the manipulator is studied. Considering the actual requirements of virtual force perception and virtual surgery, the two degree of freedom experimental platform was developed to test and verify the virtual force sense, and the virtual operation platform of six DOF force feedback was developed in combination with the actual requirement of virtual surgery. The kinematics and dynamics of the six DOF feedback manipulator were analyzed and its matching control was developed. At the same time, the lower computer control system and upper computer system are studied, and the virtual surgery software platform is briefly analyzed.
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP273;TH77

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本文编号：2168927