机器人磨削个性化人工髋关节方法和实验研究

发布时间：2017-09-22 06:38

  本文关键词：机器人磨削个性化人工髋关节方法和实验研究

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【摘要】：人体股骨髓腔具有绝对差异性。现有的标准化、系列化人工髋关节产品种类有限,与患者的股骨髓腔不能完全匹配,而且无法满足特殊病人的需求。根据病人髋关节解剖结构和生物力学传递特点,设计制造出与患者股骨髓腔相适应的个性化人工髋关节,不仅能够满足不同患者的需求,而且能够提高人工髋关节的长期稳定性,延长人工髋关节的有效使用寿命。由于个性化人工髋关节的外形复杂,增加了加工工艺的复杂性,导致定制周期长、加工成本高。因此,国内个性化人工髋关节主要用于特殊病例,难以在普通病例中推广。 本论文基于机器人磨削系统,利用CAD/CAM/Robotic一体化技术,研究了一种速度快、效率高、成本低的个性化人工髋关节制造方法。首先,在Mimics软件中利用股骨CT图像数据重建股骨三维模型,并通过布尔运算获取股骨髓腔模型用于个性化人工髋关节柄的设计。然后,在Pro/E软件中完成个性化人工髋关节柄和近髋臼端的设计,并通过拼接、优化获得完整的个性化人工髋关节。其次,通过利用ABB工业机器人离线编程软件RobotStudio,规划加工轨迹,进行加工仿真,运用机器人磨削系统加工出个性化人工髋关节。最后,通过相关的实验验证了个性化人工髋关节设计与制造方法的可行性,为进一步优化个性化人工髋关节设计和完善加工方法建立理论依据和实验基础,为个性化人工髋关节应力传递研究建立精确模型。
【关键词】：机器人磨削 个性化 人工髋关节
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP242;R318.17
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 引言13-14
• 1.2 人工髋关节的发展史14-17
• 1.2.1 髋关节假体的演变及设计14-16
• 1.2.2 人工髋关节置换术存在的问题16-17
• 1.3 个性化人工髋关节的研究现状17-19
• 1.3.1 国外研究现状17-18
• 1.3.2 国内研究现状18-19
• 1.4 本论文研究内容19-21
• 第2章 标本股骨三维实体模型的建立21-32
• 2.1 引言21
• 2.2 医学影像种类21-22
• 2.3 CT图像数据的处理22-24
• 2.4 基于CT数据重建标本股骨三维实体模型24-29
• 2.4.1 标本股骨CT图像的获取24
• 2.4.2 标本股骨CT图像的处理24-28
• 2.4.3 标本股骨三维实体模型的建立28-29
• 2.5 标本股骨有限元模型的建立29-31
• 2.6 小结31-32
• 第3章 个性化人工髋关节的设计32-45
• 3.1 引言32
• 3.2 个性化人工髋关节设计理论32-35
• 3.2.1 人体髋关节的解剖结构与特点33
• 3.2.2 人体髋关节的生物力学特征33-34
• 3.2.3 人工髋关节的力学传递特性34-35
• 3.3 个性化人工髋关节的设计35-41
• 3.3.1 个性化人工髋关节柄设计36-40
• 3.3.2 个性化人工髋关节近髋臼端设计40-41
• 3.4 个性化人工髋关节的优化设计41-44
• 3.4.1 个性化人工髋关节模型与标本股骨模型的匹配42
• 3.4.2 个性化人工髋关节模型的优化处理42-44
• 3.5 小结44-45
• 第4章 CAD/CAM/Robotic一体化磨削技术45-56
• 4.1 引言45
• 4.2 砂带磨削技术45-48
• 4.2.1 常见砂带磨削机的基本组成45-47
• 4.2.2 砂带磨粒切削机理47-48
• 4.3 CAD/CAM/Robotic一体化技术48-55
• 4.3.1 工业机器人的离线编程48-50
• 4.3.2 基于力控的标定技术50-54
• 4.3.3 砂带自动调偏技术54-55
• 4.4 小结55-56
• 第5章 CAD/CAM/Robotic一体化技术磨削个性化人工髋关节56-66
• 5.1 引言56-57
• 5.2 机器人磨削人工髋关节与其他加工方法的比较57-60
• 5.2.1 快速成型技术和数控加工技术57-58
• 5.2.2 机器人磨削人工髋关节与机器人磨削髓腔的比较58-60
• 5.3 个性化人工髋关节的磨削加工60-63
• 5.3.1 个性化人工髋关节的加工流程61
• 5.3.2 个性化人工髋关节的加工轨迹规划与仿真61-63
• 5.4 个性化人工髋关节磨削加工过程与问题分析63-65
• 5.5 小结65-66
• 第6章 个性化人工髋关节与标本股骨的匹配实验66-82
• 6.1 引言66
• 6.2 人工髋关节外形尺寸数据分析66-73
• 6.2.1 人工髋关节截面测量67-68
• 6.2.2 人工髋关节的截面数据分析68-73
• 6.3 猪关节假体与猪腿骨髓腔的匹配实验73-79
• 6.3.1 猪腿骨关节柄与猪腿骨髓腔匹配的X射线图像74-75
• 6.3.2 猪腿骨关节柄与猪腿骨髓腔的匹配度计算75-79
• 6.4 个性化人工髋关节与标本股骨的匹配实验79-81
• 6.5 小结81-82
• 第7章 总结与展望82-84
• 7.1 本文工作总结82-83
• 7.2 工作展望83-84
• 参考文献84-90
• 致谢90-91
• 攻读学位期间发表的论文91

【参考文献】

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本文编号：899352