磁錨定腹腔手術(shù)機(jī)器人視覺(jué)與控制研究.pdf

1、相對(duì)常規(guī)的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人，面向單孔腹腔鏡手術(shù)(LESS)在體內(nèi)工作的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人只需1個(gè)切口，降低了手術(shù)創(chuàng)傷；機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)不受切口限制，運(yùn)動(dòng)更加靈活；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，可以在醫(yī)院中廣泛地使用。其研究具有巨大的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益，已成為微創(chuàng)手術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
　　本文所研究的磁錨定腹腔手術(shù)機(jī)器人是一種面向LESS的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人，具有攝像單元和機(jī)械臂單元兩部分。通過(guò)分析機(jī)器人控制系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)要求，確定了機(jī)器人的主從控制的總

2、體方案和其硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。為減少機(jī)器人導(dǎo)線(xiàn)的數(shù)量，增強(qiáng)機(jī)器人在腹腔內(nèi)被移動(dòng)時(shí)的靈活性，控制方案中的視頻圖像信號(hào)和控制信號(hào)均采用無(wú)線(xiàn)通信的方式。
　　為給外科醫(yī)生提供視覺(jué)反饋信息，設(shè)計(jì)了小尺寸、低功耗的攝像單元，包括攝像模塊，照明模塊和嵌入式控制電路模塊。攝像模塊通過(guò)模擬式方案可實(shí)現(xiàn)高分辨率視頻圖像的實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)傳輸。照明模塊的LED陣列采用圓形布局，其亮度可以無(wú)線(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)整；針對(duì)照明模塊設(shè)計(jì)的反光器有效地提高了照度均勻性和降低了照明模塊的

3、使用功耗。將單片機(jī)硬件電路、無(wú)線(xiàn)通信硬件電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器硬件電路等集成在一起，構(gòu)成小尺寸的嵌入式控制電路模塊，用于攝像單元和機(jī)械臂單元。
　　針對(duì)磁錨定腹腔手術(shù)機(jī)器人機(jī)械臂的控制，設(shè)計(jì)了基于視覺(jué)反饋的主從控制方案。根據(jù)主手信息計(jì)算出機(jī)械臂末端點(diǎn)期望位置，并在視頻圖像中實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，為外科醫(yī)生提供直觀(guān)的期望位置信息，簡(jiǎn)化了外科醫(yī)生控制機(jī)械臂的難度。針對(duì)視覺(jué)反饋中標(biāo)記點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算問(wèn)題，給出了一種對(duì)照明亮度魯棒性好、快速準(zhǔn)確計(jì)算標(biāo)記點(diǎn)坐