磁錨定腹腔內手術機器人的設計與視覺伺服實驗研究.pdf

1、單孔腹腔鏡手術（LESS）具有切口小、疼痛輕、恢復周期短、并發(fā)癥率低及美化傷疤效果等優(yōu)點，成為微創(chuàng)手術的研究熱點。機器人輔助單孔腹腔鏡手術（R-LESS）不僅繼承了LESS的優(yōu)點和機器人技術精度高、效率高、靈活性高等優(yōu)勢，而且避免了醫(yī)生的情緒、疲勞及手臂顫抖等主觀因素對手術的影響，可以極大程度上的提高手術的精度和質量，具有重要的研究價值和美好的發(fā)展前景。
　　本文正是基于機器人技術、單孔腹腔鏡技術和磁錨定技術設計了一款用于腹腔微創(chuàng)

2、手術的機器人系統(tǒng)。采用基于視覺反饋的主從控制方案實現(xiàn)對機械臂的控制，并采用無線的方式進行通信以增加機器人的靈活性。首先根據機器人系統(tǒng)在手術中要實現(xiàn)的功能完成了機器人系統(tǒng)的結構設計，包括主操控平臺和從動機器人本體兩部分，其中從動機器人是設計的核心，它包括視覺單元和機械臂單元。根據機器人系統(tǒng)的主從控制方案及通信方式完成了上位機和下位機的電路設計并搭建了整個機器人系統(tǒng)的硬件平臺。主操控平臺包括主手、上位機控制單位和圖像處理及顯示單元組成，上位

3、機控制單元采用STM32開發(fā)板，圖像的處理及顯示由PC機和圖像采集卡組成，下位機采用基于PIC單片機的微控制單元。然后，通過對常用視覺伺服模型和磁錨定機器人的運動特點分析，采用基于圖像的視覺伺服系統(tǒng)作為磁錨定手術機器人的視覺伺服控制系統(tǒng)。為了實現(xiàn)對機械臂的視覺伺服控制，建立機械臂的運動學模型和攝像機成像模型，并求解機器人雅克比矩陣和圖像雅克比矩陣，從而建立世界坐標系、機器人坐標系和圖像坐標系之間的轉換關系。在MATLAB中進行了仿真分析