多关节单创口腹腔微创手术机器人设计

摘要

微创外科是近年来外科手术的发展趋势和发展方向,受到愈来愈多医者和患者的关注。微创手术的切口小,病人复原快,手术精度和稳定性高。微创手术机器人作为微创外科手术的执行器,愈发成为医工结合领域的研究热点。通过各学科的交叉融合,尤其是计算机软硬件技术、先进制造技术、人工智能技术、现代医学影像学及图像处理技术的综合应用,大大提高外科手术的治疗水平。目前现有的微创手术机器人尚存需要改进之处。本文设计了一种基于模块化、微型化和轻量化的多关节单创口腹腔微创手术机器人。
　　本文对多关节单创口腹腔微创手术机器人进行了系统的研究,主要完成了以下工作:
　　首先,完成了多关节单创口腹腔微创手术机器人结构设计,并分析了单创口腹腔微创手术步骤。
　　其次对微创手术机器人单臂进行了运动学分析和微动分析,为后续控制提供了理论计算的基础。运用Matlab软件完成了微创手术机器人单臂轨迹仿真及轨迹规划。
　　随后搭建了微创手术机器人硬件控制平台。完成了基于SDL和游戏手柄的微创手术机器人实物控制,以及基于OSG和力反馈控制器的微创手术机器人虚拟控制。
　　仿真和实际控制表明该机器人针对人体腹腔可以实现单创口手术的基本动作,且创口直径仅为23mm左右,基本满足腹腔微创手术的操作要求。

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第一章 绪论

1.1 课题来源

1.2 引言

1.3 微创手术机器人简介及研究现状

1.4 微创手术机器人关键技术分析

1.5 本课题的研究背景和研究内容

1.6 本章小结

第二章 多关节单创口腹腔微创手术机器人结构设计

2.1 微创手术机器人的总体结构设计

2.2 微创手术机器人的调校机构设计

2.3 微创手术机器人的执行机构设计

2.4 驱动钢丝的走线介绍

2.5 末端执行机械手重要零件设计

2.6 单创口腹腔微创手术步骤

2.7 本章小结

第三章 多关节单创口腹腔微创手术机器人运动学分析

3.1 微创手术机器人单臂正运动学分析

3.2 微创手术机器人单臂逆运动学分析

3.3 微创手术机器人单臂微分运动分析

3.4 微创手术机器人单臂轨迹仿真

3.5 本章小结

第四章 多关节单创口腹腔微创手术机器人控制系统硬件设计

4.1 控制方案总体设计

4.2 计算机控制系统设计

4.3 医生操作系统设计

4.4 图像采集系统设计

4.5 其他硬件选型

4.6 本章小结

第五章 多关节单创口腹腔微创手术机器人的控制实现

5.1 微创手术机器人的运动控制算法

5.2 基于SDL和北通神鹰手柄的微创手术机器人控制

5.3 基于OSG和Falcon力反馈控制器的微创手术机器人虚拟控制

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

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