磁錨定腹腔內(nèi)手術(shù)機(jī)器人的設(shè)計與視覺伺服實驗研究.pdf

1、單孔腹腔鏡手術(shù)（LESS）具有切口小、疼痛輕、恢復(fù)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(shù)的研究熱點。機(jī)器人輔助單孔腹腔鏡手術(shù)（R-LESS）不僅繼承了LESS的優(yōu)點和機(jī)器人技術(shù)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(shù)的影響，可以極大程度上的提高手術(shù)的精度和質(zhì)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(jī)器人技術(shù)、單孔腹腔鏡技術(shù)和磁錨定技術(shù)設(shè)計了一款用于腹腔微創(chuàng)

2、手術(shù)的機(jī)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(jī)械臂的控制，并采用無線的方式進(jìn)行通信以增加機(jī)器人的靈活性。首先根據(jù)機(jī)器人系統(tǒng)在手術(shù)中要實現(xiàn)的功能完成了機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括主操控平臺和從動機(jī)器人本體兩部分，其中從動機(jī)器人是設(shè)計的核心，它包括視覺單元和機(jī)械臂單元。根據(jù)機(jī)器人系統(tǒng)的主從控制方案及通信方式完成了上位機(jī)和下位機(jī)的電路設(shè)計并搭建了整個機(jī)器人系統(tǒng)的硬件平臺。主操控平臺包括主手、上位機(jī)控制單位和圖像處理及顯示單元組成，上位

3、機(jī)控制單元采用STM32開發(fā)板，圖像的處理及顯示由PC機(jī)和圖像采集卡組成，下位機(jī)采用基于PIC單片機(jī)的微控制單元。然后，通過對常用視覺伺服模型和磁錨定機(jī)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(shù)機(jī)器人的視覺伺服控制系統(tǒng)。為了實現(xiàn)對機(jī)械臂的視覺伺服控制，建立機(jī)械臂的運動學(xué)模型和攝像機(jī)成像模型，并求解機(jī)器人雅克比矩陣和圖像雅克比矩陣，從而建立世界坐標(biāo)系、機(jī)器人坐標(biāo)系和圖像坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。在MATLAB中進(jìn)行了仿真分析