微创手术机器人力反馈主手系统研究

目录

第1 章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 微创手术机器人国内外研究现状

1.3 微创手术机器人力反馈主手研究现状

1.4 力反馈主手相关技术综述

1.4.1 机器人机构优化研究

1.4.2 冗余自由度机器人奇异回避的研究

1.4.3 力反馈主手重力补偿及摩擦补偿研究

1.4.4 动力学模型参数辨识的研究

1.4.5 力控制策略研究现状

1.5 本文的主要研究内容

第2 章力反馈主手机构及控制系统设计

2.1 引言

2.2 微创手术机器人力反馈主手机构设计

2.2.1 力反馈主手需求分析及构型选型

2.2.2 力反馈主手自由度配置及设计指标

2.2.3 力反馈主手构型设计

2.2.4 力反馈主手机构设计

2.3 力反馈主手控制系统设计

2.3.1 力反馈主手控制系统构建

2.3.2 力反馈主手控制软件设计

2.3.3 力反馈主手安全性措施

2.4 本章小结

第3 章力反馈主手尺寸优化及奇异回避研究

3.1 引言

3.2 力反馈主手运动学分析

3.2.1 力反馈主手正运动学求解

3.2.2 力反馈主手逆运动学求解

3.3 力反馈主手杆长尺寸优化

3.3.1 力反馈主手雅可比矩阵求解

3.3.2 基于期望工作空间和操作灵巧度的尺寸优化

3.3.3 力反馈主手工作空间内灵活性分析

3.4 力反馈主手冗余自由度奇异回避

3.4.1 冗余自由度力反馈主手奇异位形分析

3.4.2 冗余自由度腕部奇异回避实用方法

3.5 本章小结

第4 章力反馈主手重力补偿及摩擦补偿方法研究

4.1 引言

4.2 力反馈主手微创手术典型操作下关节速度分析

4.3 力反馈主手重力补偿

4.3.1 基于虚位移原理的力反馈主手重力补偿计算

4.3.2 重力矩模型验证

4.4 力反馈主手关节摩擦补偿

4.4.1 力反馈主手的关节摩擦现象

4.4.2 力反馈主手关节摩擦模型确定

4.4.3 力反馈主手关节摩擦模型参数辨识

4.4.4 基于模型的重力补偿及摩擦前馈补偿

4.5 本章小结

第5 章基于动力学的主手力反馈控制策略研究

5.1 引言

5.2 力反馈主手动力学模型建立

5.2.1 力反馈主手动力学模型

5.2.2 力反馈主手动力学仿真计算与验证

5.2.3 力反馈主手动力学模型线性化

5.3 力反馈主手动力学模型参数辨识

5.3.1 力反馈主手动力学辨识激励轨迹优化

5.3.2 力反馈主手辨识数据采集处理与参数估计

5.3.3 动力学参数辨识实验验证

5.4 基于接触力估计的闭环阻抗控制

5.5 力反馈主手关节空间力矩与笛卡尔空间力的映射

5.5.1 末端作用力与关节力矩的关系

5.5.2 夹持力与电机力矩的关系

5.6 本章小结

第6 章力反馈主手性能测试及主从控制综合实验

6.1 引言

6.2 力反馈主手性能测试实验

6.2.1 力反馈主手位姿夹持输出精度测量

6.2.2 力反馈主手腕部姿态奇异回避实验

6.2.3 力反馈主手重力补偿实验

6.2.4 力反馈主手摩擦补偿实验

6.2.5 主手力反馈控制算法实验研究

6.3 微创手术机器人系统综合实验平台搭建

6.3.1 微创手术机器人系统平台建立

6.3.2 微创手术机器人主从手眼协调控制

6.4 微创手术机器人主从控制综合实验

6.4.1 主从姿态对齐实验

6.4.2 主从控制套圈滑竿实验

6.4.3 主从跟踪实时性分析

6.4.4 腔镜下主从控制套圈实验

6.5 本章小结

结 论

参考文献

附录1动力学线性方程滤波

附录2力反馈主手精度测试计算

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致 谢

个人简历