虚拟手术力反馈真实感提升方法研究
发布时间：2021-01-30 02:16
虚拟手术是虚拟现实技术的一个应用分支,其通过计算机和交互设备再现真实手术中的视觉和力觉信息,让医生获得真实手术的操作体验。真实感既是对虚拟现实系统的基本要求也是虚拟现实技术追求的终极目标,本文对影响力觉真实感的主要因素进行了分析,对虚拟手术力觉反馈真实感评价的方法与准则进行了探讨。以虚拟胸腔镜手术和虚拟心血管介入手术为对象,从力反馈控制角度研究了提升虚拟手术力反馈真实感的方法。在分析介绍力反馈装置结构形态与操作方式、虚拟环境力学建模以及力觉渲染真实感的评价方式的基础上,从不同类型操作的力觉感知模式对真实感评价的量化指标要求、装置透明性的评价方法以及力反馈真实感对执行器的性能要求三个方面入手,对力反馈真实感评价方式进行了探讨,提出了评价力反馈真实感的方法和指标。并据此对虚拟胸腔镜手术和虚拟心血管介入手术力反馈控制效果进行了评价。刚性力觉反馈交互装置中的摩擦和重力会影响装置的透明性;而建模不精确、变参数和线传动的滑移等因素也会影响力反馈控制精度,这对系统鲁棒性提出了要求。本文使用滑模控制消除参数变化和建模不精确等因素的影响,提高系统鲁棒性。并设计干扰观测器消除重力补偿不精确,为了提高装置透...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：113 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
虚拟现实真实感
图1-2 Karlsruhe大学的虚拟腹腔境手术系统1-2 Virtual laparoscopy surgery system of karlsruhe universit部手术仿真系统[28]可以通过图像漫游来观察组织虚拟手术刀和夹持钳对虚拟腹腔组织进行操作。
上海交通大学博士学位论文 第一章 绪论第 4页图1-3 中科院自动化所开发的虚拟外科手术台Fig. 1-3 Virtual surgery platform developed by Institute ofAutomation, CAS图1-4 Boston Dynamics中心开发的血管缝合虚拟手术系统Fig. 1-4 System of virtual vessel suture surgery developed by Boston Dynamics图 1-4 为美国波士顿动力学研究中心(BoSton Dynamics)开发的血管缝合虚拟手术系统[31]，使用了两个 Phantom 力触觉界面、分别运行仿真程序的微机和显示图像的图形工作站。利用该系统，外科医生可以手持虚拟手术钳，夹着虚拟缝针对断裂血管进行缝合训练。图 1-5 Mentice VIST 模拟器产品Fig. 1-5 Mentice VIST
【参考文献】：
期刊论文
[1]血管介入手术主从导管机器人滑模控制[J]. 赵希梅,游健康,刘浩,李洪谊. 沈阳工业大学学报. 2015(01)
[2]面向直接示教的机器人零力控制[J]. 游有鹏,张宇,李成刚. 机械工程学报. 2014(03)
[3]血管介入手术机器人系统力反馈的模糊融合[J]. 赵德朋,刘达. 机器人. 2013(01)
[4]虚拟手术力反馈装置反馈力内模控制[J]. 武博,蔡萍,胡陟,蒋峻,谢叻. 计算机工程与应用. 2011(24)
[5]虚拟手术中缝合线打结的仿真研究[J]. 廖志芳,涂帅,郁松,樊晓平. 计算机工程与应用. 2011(20)
[6]基于复合控制策略的柔性关节机械手轨迹跟踪研究[J]. 王明录. 机械设计与制造. 2011(06)
[7]带传动弹性滑动与打滑的理论与实验分析[J]. 王艳. 滁州职业技术学院学报. 2011(01)
[8]非线性积分滑模控制方法[J]. 李鹏,郑志强. 控制理论与应用. 2011(03)
[9]基于H∞范数优化的干扰观测器的鲁棒设计[J]. 尹正男,苏剑波,刘艳涛. 自动化学报. 2011(03)
[10]基于遗传算法的PID控制器参数优化研究[J]. 牛芗洁,王玉洁,唐剑. 计算机仿真. 2010(11)
博士论文
[1]心血管微创介入手术机器人系统研究[D]. 杨雪.燕山大学 2014
[2]用于微创介入手术的导管导向机器人研究[D]. 李显凌.哈尔滨工业大学 2009
[3]柔性机械手非奇异终端滑模控制方法的研究[D]. 王艳敏.哈尔滨工业大学 2009
[4]柔性多体系统建模与控制[D]. 张国庆.中国科学技术大学 2008
本文编号：3008041
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：113 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
虚拟现实真实感
图1-2 Karlsruhe大学的虚拟腹腔境手术系统1-2 Virtual laparoscopy surgery system of karlsruhe universit部手术仿真系统[28]可以通过图像漫游来观察组织虚拟手术刀和夹持钳对虚拟腹腔组织进行操作。
上海交通大学博士学位论文 第一章 绪论第 4页图1-3 中科院自动化所开发的虚拟外科手术台Fig. 1-3 Virtual surgery platform developed by Institute ofAutomation, CAS图1-4 Boston Dynamics中心开发的血管缝合虚拟手术系统Fig. 1-4 System of virtual vessel suture surgery developed by Boston Dynamics图 1-4 为美国波士顿动力学研究中心(BoSton Dynamics)开发的血管缝合虚拟手术系统[31]，使用了两个 Phantom 力触觉界面、分别运行仿真程序的微机和显示图像的图形工作站。利用该系统，外科医生可以手持虚拟手术钳，夹着虚拟缝针对断裂血管进行缝合训练。图 1-5 Mentice VIST 模拟器产品Fig. 1-5 Mentice VIST
【参考文献】：
期刊论文
[1]血管介入手术主从导管机器人滑模控制[J]. 赵希梅,游健康,刘浩,李洪谊. 沈阳工业大学学报. 2015(01)
[2]面向直接示教的机器人零力控制[J]. 游有鹏,张宇,李成刚. 机械工程学报. 2014(03)
[3]血管介入手术机器人系统力反馈的模糊融合[J]. 赵德朋,刘达. 机器人. 2013(01)
[4]虚拟手术力反馈装置反馈力内模控制[J]. 武博,蔡萍,胡陟,蒋峻,谢叻. 计算机工程与应用. 2011(24)
[5]虚拟手术中缝合线打结的仿真研究[J]. 廖志芳,涂帅,郁松,樊晓平. 计算机工程与应用. 2011(20)
[6]基于复合控制策略的柔性关节机械手轨迹跟踪研究[J]. 王明录. 机械设计与制造. 2011(06)
[7]带传动弹性滑动与打滑的理论与实验分析[J]. 王艳. 滁州职业技术学院学报. 2011(01)
[8]非线性积分滑模控制方法[J]. 李鹏,郑志强. 控制理论与应用. 2011(03)
[9]基于H∞范数优化的干扰观测器的鲁棒设计[J]. 尹正男,苏剑波,刘艳涛. 自动化学报. 2011(03)
[10]基于遗传算法的PID控制器参数优化研究[J]. 牛芗洁,王玉洁,唐剑. 计算机仿真. 2010(11)
博士论文
[1]心血管微创介入手术机器人系统研究[D]. 杨雪.燕山大学 2014
[2]用于微创介入手术的导管导向机器人研究[D]. 李显凌.哈尔滨工业大学 2009
[3]柔性机械手非奇异终端滑模控制方法的研究[D]. 王艳敏.哈尔滨工业大学 2009
[4]柔性多体系统建模与控制[D]. 张国庆.中国科学技术大学 2008
本文编号：3008041
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