微创外科手术机器人力控制技术研究
发布时间：2021-03-24 13:58
二十一世纪以来,机器人技术在导航定位、运动规划、智能识别以及远程控制等技术领域取得了突破性的研究进展,并广泛应用于微创外科手术机器人系统。目前,应用于临床外科手术的微创手术机器人系统主要有达芬奇（Da Vinci）和（Zeus）手术机器人系统。手术机器人的应用不但避免了传统手术操作中存在的手自然颤抖、创口大、稳定性差及精度低等技术缺陷,还具有疼痛感低、康复时间短、灵活性高等优点,极大地提高了手术成功率,在医疗领域具有划时代的意义。然而,微创手术仍然存在着关键技术缺陷,即手术机器人没有力觉反馈功能,医生在执行微创手术过程中不能直观的获得手术器械与患者病变器官组织之间的交互力信息,制约了微创手术机器人技术的进一步发展。为了使医生在微创手术中获得直观的力觉信息,避免安全隐患,对微创外科手术机器人进行力控制技术研究有着重要的意义。首先,本文针对微创外科手术机器人存在力反馈功能缺失的问题,搭建了手术机器人从手端样机;设计了基于石墨烯新型敏感单元的柔性力觉传感器和传感器压力信号数据采集系统;设计了手术机器人微器械夹钳力控制系统,包括控制系统硬件设计和基于Labview图形化编程语言的上位机软件设计...
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Davinci微创手术机器人微创手术[5]，简称为MIS（MinimallyInvasiveSurgery），是指医生在患者
1绪论3图1.2“妙手A系统”及各部分组成哈尔滨工业大学机器人技术研究中心的王树国和付宜利等人也对腹腔镜微创外科手术机器人技术进行了研究，并开发了手术机器人系统的实验样机[10]，如图1.3所示。该实验样机为主从式结构，主手使用ForceDimension开发的3-DOFOmega.7桌面力反馈设备，从手使用含三个操作臂的机器人，包括一个持镜臂和两个持械臂，其中持镜臂末端的内窥镜器械可以提供病变组织影像，医生可以通过立体眼镜获得高清的三维视觉效果，持械臂可以代替医生完成手术操作。该样机目前已经能够成功完成猪胆囊的切除手术实验。图1.3腹腔微创手术机器人系统同时，江苏科技大学机器人技术研究团队搭建了遥操作实验样机，针对微创外科手术机器人系统中遥操作控制通信延时，系统透明性和稳定性低的问题，采用了基于滑模变结构控制方法进行研究。北京航空航天大学王树苗手术机器人技术研究课题组设计一套用于微创血管介入手术的外科手术机器人系统，完成了主从式介入手术机器人系统样机的开发[11]。该样机已完成了在动物体内的实验验证，实验分析结果表明可以精准的完成手术导管到指点靶点的输送，控制精度高达1mm。，北京理工大学、上海交通大学、中科院沈阳自动化研究所等高校及研究机构也分别针对手术机器人系统中的关键技术进行了研究，如手术运动规划、辅助插管、输送导航等关键技术。1.2.2国外研究现状1985年，PUMA260工业机器人作为辅助设备首次进入了临床外科手术室，协助医生完成神经外科手术定位操作[12]，如图1.4所示。
1绪论3图1.2“妙手A系统”及各部分组成哈尔滨工业大学机器人技术研究中心的王树国和付宜利等人也对腹腔镜微创外科手术机器人技术进行了研究，并开发了手术机器人系统的实验样机[10]，如图1.3所示。该实验样机为主从式结构，主手使用ForceDimension开发的3-DOFOmega.7桌面力反馈设备，从手使用含三个操作臂的机器人，包括一个持镜臂和两个持械臂，其中持镜臂末端的内窥镜器械可以提供病变组织影像，医生可以通过立体眼镜获得高清的三维视觉效果，持械臂可以代替医生完成手术操作。该样机目前已经能够成功完成猪胆囊的切除手术实验。图1.3腹腔微创手术机器人系统同时，江苏科技大学机器人技术研究团队搭建了遥操作实验样机，针对微创外科手术机器人系统中遥操作控制通信延时，系统透明性和稳定性低的问题，采用了基于滑模变结构控制方法进行研究。北京航空航天大学王树苗手术机器人技术研究课题组设计一套用于微创血管介入手术的外科手术机器人系统，完成了主从式介入手术机器人系统样机的开发[11]。该样机已完成了在动物体内的实验验证，实验分析结果表明可以精准的完成手术导管到指点靶点的输送，控制精度高达1mm。，北京理工大学、上海交通大学、中科院沈阳自动化研究所等高校及研究机构也分别针对手术机器人系统中的关键技术进行了研究，如手术运动规划、辅助插管、输送导航等关键技术。1.2.2国外研究现状1985年，PUMA260工业机器人作为辅助设备首次进入了临床外科手术室，协助医生完成神经外科手术定位操作[12]，如图1.4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]工业机器人的运动学及动力学研究[J]. 杨飞. 低碳世界. 2019(12)
[2]达芬奇机器人在手术中的应用[J]. 密田,高丽丽. 世界最新医学信息文摘. 2019(96)
[3]我国外科手术机器人研究应用现状与思考[J]. 李治非,杨阳,苏月,何堃,华玉涛. 中国医学装备. 2019(11)
[4]基于PID控制的机器人轨迹跟踪性能研究与比较[J]. 王捍天. 电子元器件与信息技术. 2019(06)
[5]压阻式柔性压力传感器的研究进展[J]. 于江涛,孙雷,肖瑶,蒋书文,张万里. 电子元件与材料. 2019(06)
[6]基于MATLAB的机器人运动学仿真与轨迹规划[J]. 王晓明,宋吉,庞浩帅. 电子设计工程. 2019(07)
[7]模糊控制方法介绍[J]. 程凤林,张军芳,杜鹏,崔红芳,刘旭浩,刘士琴. 山东工业技术. 2019(06)
[8]微创外科手术机器人技术研究进展[J]. 付宜利,潘博. 哈尔滨工业大学学报. 2019(01)
[9]基于MATLAB的Puma250机器人运动仿真与分析[J]. 李瑾. 现代制造技术与装备. 2018(11)
[10]微创外科的历史与发展[J]. 张勇,包润发,翁明哲,刘颖斌. 上海医药. 2018(19)
博士论文
[1]腹腔微创手术机器人系统关键技术研究[D]. 冯美.哈尔滨工业大学 2012
硕士论文
[1]机器人打磨作业柔顺机构及接触力控制方法研究[D]. 盛大庆.安徽工程大学 2019
[2]基于阻抗控制的机器人力控制技术研究[D]. 丁润泽.哈尔滨工业大学 2018
[3]基于阻抗控制的机械臂力/位置控制关键技术研究[D]. 王懂.山东大学 2018
[4]面向外科手术的力反馈型遥操作主手研究[D]. 李长军.哈尔滨工业大学 2010
[5]具有力反馈的虚拟手术设备的研究与实现[D]. 宋亚冲.上海交通大学 2009
本文编号：3097848
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Davinci微创手术机器人微创手术[5]，简称为MIS（MinimallyInvasiveSurgery），是指医生在患者
1绪论3图1.2“妙手A系统”及各部分组成哈尔滨工业大学机器人技术研究中心的王树国和付宜利等人也对腹腔镜微创外科手术机器人技术进行了研究，并开发了手术机器人系统的实验样机[10]，如图1.3所示。该实验样机为主从式结构，主手使用ForceDimension开发的3-DOFOmega.7桌面力反馈设备，从手使用含三个操作臂的机器人，包括一个持镜臂和两个持械臂，其中持镜臂末端的内窥镜器械可以提供病变组织影像，医生可以通过立体眼镜获得高清的三维视觉效果，持械臂可以代替医生完成手术操作。该样机目前已经能够成功完成猪胆囊的切除手术实验。图1.3腹腔微创手术机器人系统同时，江苏科技大学机器人技术研究团队搭建了遥操作实验样机，针对微创外科手术机器人系统中遥操作控制通信延时，系统透明性和稳定性低的问题，采用了基于滑模变结构控制方法进行研究。北京航空航天大学王树苗手术机器人技术研究课题组设计一套用于微创血管介入手术的外科手术机器人系统，完成了主从式介入手术机器人系统样机的开发[11]。该样机已完成了在动物体内的实验验证，实验分析结果表明可以精准的完成手术导管到指点靶点的输送，控制精度高达1mm。，北京理工大学、上海交通大学、中科院沈阳自动化研究所等高校及研究机构也分别针对手术机器人系统中的关键技术进行了研究，如手术运动规划、辅助插管、输送导航等关键技术。1.2.2国外研究现状1985年，PUMA260工业机器人作为辅助设备首次进入了临床外科手术室，协助医生完成神经外科手术定位操作[12]，如图1.4所示。
1绪论3图1.2“妙手A系统”及各部分组成哈尔滨工业大学机器人技术研究中心的王树国和付宜利等人也对腹腔镜微创外科手术机器人技术进行了研究，并开发了手术机器人系统的实验样机[10]，如图1.3所示。该实验样机为主从式结构，主手使用ForceDimension开发的3-DOFOmega.7桌面力反馈设备，从手使用含三个操作臂的机器人，包括一个持镜臂和两个持械臂，其中持镜臂末端的内窥镜器械可以提供病变组织影像，医生可以通过立体眼镜获得高清的三维视觉效果，持械臂可以代替医生完成手术操作。该样机目前已经能够成功完成猪胆囊的切除手术实验。图1.3腹腔微创手术机器人系统同时，江苏科技大学机器人技术研究团队搭建了遥操作实验样机，针对微创外科手术机器人系统中遥操作控制通信延时，系统透明性和稳定性低的问题，采用了基于滑模变结构控制方法进行研究。北京航空航天大学王树苗手术机器人技术研究课题组设计一套用于微创血管介入手术的外科手术机器人系统，完成了主从式介入手术机器人系统样机的开发[11]。该样机已完成了在动物体内的实验验证，实验分析结果表明可以精准的完成手术导管到指点靶点的输送，控制精度高达1mm。，北京理工大学、上海交通大学、中科院沈阳自动化研究所等高校及研究机构也分别针对手术机器人系统中的关键技术进行了研究，如手术运动规划、辅助插管、输送导航等关键技术。1.2.2国外研究现状1985年，PUMA260工业机器人作为辅助设备首次进入了临床外科手术室，协助医生完成神经外科手术定位操作[12]，如图1.4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]工业机器人的运动学及动力学研究[J]. 杨飞. 低碳世界. 2019(12)
[2]达芬奇机器人在手术中的应用[J]. 密田,高丽丽. 世界最新医学信息文摘. 2019(96)
[3]我国外科手术机器人研究应用现状与思考[J]. 李治非,杨阳,苏月,何堃,华玉涛. 中国医学装备. 2019(11)
[4]基于PID控制的机器人轨迹跟踪性能研究与比较[J]. 王捍天. 电子元器件与信息技术. 2019(06)
[5]压阻式柔性压力传感器的研究进展[J]. 于江涛,孙雷,肖瑶,蒋书文,张万里. 电子元件与材料. 2019(06)
[6]基于MATLAB的机器人运动学仿真与轨迹规划[J]. 王晓明,宋吉,庞浩帅. 电子设计工程. 2019(07)
[7]模糊控制方法介绍[J]. 程凤林,张军芳,杜鹏,崔红芳,刘旭浩,刘士琴. 山东工业技术. 2019(06)
[8]微创外科手术机器人技术研究进展[J]. 付宜利,潘博. 哈尔滨工业大学学报. 2019(01)
[9]基于MATLAB的Puma250机器人运动仿真与分析[J]. 李瑾. 现代制造技术与装备. 2018(11)
[10]微创外科的历史与发展[J]. 张勇,包润发,翁明哲,刘颖斌. 上海医药. 2018(19)
博士论文
[1]腹腔微创手术机器人系统关键技术研究[D]. 冯美.哈尔滨工业大学 2012
硕士论文
[1]机器人打磨作业柔顺机构及接触力控制方法研究[D]. 盛大庆.安徽工程大学 2019
[2]基于阻抗控制的机器人力控制技术研究[D]. 丁润泽.哈尔滨工业大学 2018
[3]基于阻抗控制的机械臂力/位置控制关键技术研究[D]. 王懂.山东大学 2018
[4]面向外科手术的力反馈型遥操作主手研究[D]. 李长军.哈尔滨工业大学 2010
[5]具有力反馈的虚拟手术设备的研究与实现[D]. 宋亚冲.上海交通大学 2009
本文编号：3097848
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