单通道蛇形手术机器人的开发及研究

摘要

现代微创手术给传统医疗带来了革命性的变革。微创手术器械在这场变革中起到了决定性的作用。随着技术的进步，机器人技术逐渐的应用到微创手术治疗中。微创手术机器人以其前瞻性的技术优势代表微创手术器械的发展方向。由于微创手术环境复杂，微创手术机器人必须具有足够的灵活性来避开重要的组织器官。为了解决目前微创手术机器人灵活度不足和用途单一化的难题，本文进行了微型单通道蛇形手术机器人的研发，在这些方面进行了相应的探索。本文主要介绍一种新型微创手术机器人-微型单通道蛇形手术机器人。本文所介绍的蛇形手术机器人实现了多自由度设计，其灵活性满足目前腹腔微创手术环境的要求。本文从机器人的结构设计、控制方法、运动学研究和蛇形手术机器人相关实验对蛇形手术机器人的研究方法进行详细的介绍。通过本文的介绍，详细的阐述了本文所研发的蛇形手术机器人的研究方案，表明本文所研发的蛇形手术机器人在未来具有一定的临床应用价值。
　　在研发蛇形手术机器人时，机器人的结构和控制是两个主要的研究内容。在国内外的研究基础之上，结合本文所要解决的问题，设计出了机器人的运动单元：蛇形机构。同时根据PID控制理论搭建了蛇形手术机器人的控制平台。采用D-H参数法对蛇形手术机器人进行正运动学的研究，为将来的逆运动学研究做好准备。最终搭建出了一个单通道蛇形手术机器人系统。该系统结合正在研发的碳纳米管X射线放疗头可在临床上实现局部低剂量放疗，在确保治疗效果的同时减少了病人的放射剂量。本文对蛇形手术机器人进行的正运动学研究得到了其正运动学方程。通过蛇形手术机器人的正运动学方程可以求得蛇形手术机器人末端执行器相对于机器人基座标系的空间位姿。蛇形手术机器人正运动学方程的求解过程为之后的机器人逆运动学研究和主从控制做好了铺垫。

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第一章 绪论

1.1微创手术的发展

1.2微创手术器械的概况

1.3本文主要的工作内容

第二章 单通道手术机器人的结构设计

2.1蛇形手术机器人系统整体设计方案

2.2蛇形机构的设计

2.3蛇形机构的装配

2.4蛇形手术机器人系统的搭建

第三章 单通道蛇形手术机器人的控制

3.1蛇形手术机器人控制系统的硬、软件

3.2控制前的准备工作

3.3蛇形手术机器人控制方式

第四章 蛇形手术机器人的运动学研究

4.1机器人的空间描述与坐标系的齐次变换

4.2机器人操作臂的运动学研究方法

4.3基于蛇形手术机器人的运动学研究

第五章 蛇形手术机器人的相关实验

5.1蛇形机构可行性实验

5.2蛇形手术机器人控制实验

第六章 总结与展望

6.1本文总结

6.2未来研究展望

参考文献

致谢

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