基于双目磁锚定手术机器人无标定视觉伺服控制研究

发布时间：2017-11-21 20:33

  本文关键词：基于双目磁锚定手术机器人无标定视觉伺服控制研究

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【摘要】：微创手术相较于传统手术而言,具有创伤小、流血量少、术后恢复期短、并发症概率低等优点。单孔腹腔镜手术(LESS)在微创手术当中仅需要一个切口即可将手术器械放入人体内进行手术,使手术获得更好的微创效果。目前LESS已成功应用到胆囊切除、阑尾切除等手术中,但该手术仍然存在医生操作困难,缺乏三角关系和手术器械容易发生干涉等问题。因此,腔内LESS机器人极大的减轻了医生的操作难度,提高了手术的质量,但目前该手术机器人在操作控制中多采用开环控制方式,主要依靠医生的视觉反馈来进行判断、操作,缺乏自主、精确的控制。为此,本文综合运用单孔腹腔镜技术、立体视觉技术、机器人技术及磁性锚定与导航技术,开展基于双目磁锚定手术机器人的无标定视觉伺服控制研究,以期提升腔内LESS机器人的自动化程度和精度。根据手术机器人的应用要求,对机器人的系统方案和双目视觉单元进行了设计。控制方案采用基于图像的视觉伺服控制方法,通过图像信息自主控制腔内手术机器人运动到目标组织区域;视觉单元采用双目立体视觉,用以在手术过程中,实时获得手术机器人准确位姿及目标点的精确位置。根据手术环境对物距和视野区域的要求,设计镜头的参数,以满足手术中景深的要求。采用深度误差分析的方法设计基线距,从而满足位置测量的精度要求。通过图像空间中标记点的特征提取来求取手术机器人和目标的位姿,从而获得控制信息。通过建立磁锚定手术机器人运动学模型和双目摄像机模型,获得标记点的三维坐标和手术机器人关节向量,实现手术环境下的视觉测量。根据腹腔手术环境和磁锚定手术机器人式分布式工作特点,本文提出磁锚定机器人的无标定视觉伺服控制方法,来获得机器人与视觉单元存在相对运动的视觉伺服控制。通过更新律在线估计出关节空间与像素空间的速度级映射关系,进而获得控制信息。通过算法参数分析,得到增益和更新率对控制结果的影响;并通过仿真结果验证了控制算法的可行性。最后,搭建磁锚定手术机器人控制测试实验台,通过自然光照验证磁锚定手术机器人视觉伺服控制算法的可行性;通过模拟腹腔内环境组织实验,从而在接近真实手术的环境下检验特征提取和控制算法的稳定性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41;TP242;R61

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1 郭跃华,周汉新;手术机器人的发展与现状[J];中华外科杂志;2005年01期

2 洪在地;，

本文编号：1212220