腹腔微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人仿真平臺搭建及操作仿真研究.pdf

1、相較于傳統(tǒng)的腹腔微創(chuàng)外科手術(shù)，使用腹腔微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人進(jìn)行腹腔微創(chuàng)外科手術(shù)具有創(chuàng)傷小、康復(fù)快、病人住院時(shí)間短、手術(shù)質(zhì)量高等諸多優(yōu)點(diǎn)。腹腔微創(chuàng)外科手術(shù)操作仿真技術(shù)是腹腔微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)之一，對其進(jìn)行研究在模擬真實(shí)腹腔微創(chuàng)手術(shù)操作過程和縮短醫(yī)生培訓(xùn)曲線等方面具有重要意義。
　　結(jié)合國家863計(jì)劃資助項(xiàng)目“腹腔微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)研究”，本文建立了腹腔微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人模型，對其進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，建立了面向腹腔微創(chuàng)外科

2、手術(shù)的腹腔內(nèi)部組織模型，搭建了腹腔微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人仿真平臺，進(jìn)行了按壓、夾持膽囊模型和腹腔下部組織模型的手術(shù)操作仿真研究。
　　首先，建立了腹腔微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人模型。分析了腹腔微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人的建模要求，確定了機(jī)器人模型總體方案。針對手術(shù)遠(yuǎn)心點(diǎn)定位需求，設(shè)計(jì)了機(jī)器人遠(yuǎn)心點(diǎn)定位機(jī)構(gòu)模型。在分析了當(dāng)前所使用的各種遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了平行四邊形遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)模型。結(jié)合實(shí)際手術(shù)需要，設(shè)計(jì)了用于腹腔微創(chuàng)外科手術(shù)的手術(shù)器械模型。優(yōu)化了

3、機(jī)器人模型的臂長參數(shù)，使之滿足腹腔微創(chuàng)外科手術(shù)的實(shí)際需求。腹腔微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人模型是腹腔微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人仿真平臺中對組織模型進(jìn)行操作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
　　其次，進(jìn)行了腹腔微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。求解了遠(yuǎn)心點(diǎn)定位機(jī)構(gòu)正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)以定位手術(shù)遠(yuǎn)心點(diǎn)。進(jìn)行了手術(shù)器械正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，求解了手術(shù)器械工作空間，闡述了術(shù)前規(guī)劃中確定手術(shù)器械工作空間的方法。求解了手術(shù)器械雅可比矩陣和逆雅可比矩陣，為對該機(jī)器人進(jìn)行逆雅可比控制奠定了基礎(chǔ)。對

4、機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析是控制機(jī)器人按照期望規(guī)律運(yùn)動(dòng)的必要條件。
　　然后，建立了面向腹腔微創(chuàng)外科手術(shù)的腹腔內(nèi)部組織模型。由于微創(chuàng)膽囊切除術(shù)是最典型的腹腔微創(chuàng)手術(shù)，建立了膽囊及其附屬管路幾何模型和腹腔下部組織幾何模型，賦予并分析了相應(yīng)的力學(xué)模型，給出了膽囊及其附屬管路模型的彈性組織力平衡求解算法和當(dāng)腹腔下部組織為粘彈性組織時(shí)的動(dòng)態(tài)過程模擬算法。腹腔內(nèi)部組織模型是腹腔微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人仿真平臺中的操作對象。
　　而后，闡述了腹腔微創(chuàng)

5、外科手術(shù)機(jī)器人仿真平臺的搭建。介紹了該仿真平臺總體結(jié)構(gòu)，給出了仿真平臺原理框圖，介紹了所使用的主手，分析了常用的四種主從控制方式優(yōu)缺點(diǎn)后，選擇了機(jī)器人模型的控制方式，并計(jì)算了控制律。說明了該仿真平臺基本模塊的實(shí)現(xiàn)，闡述了該仿真平臺的搭建過程和應(yīng)注意的問題。該平臺為利用腹腔微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人進(jìn)行操作仿真提供了仿真環(huán)境。
　　最后，進(jìn)行了腹腔微創(chuàng)外科手術(shù)操作仿真研究。提出了腹腔微創(chuàng)外科手術(shù)操作仿真總體方案，利用所建立的機(jī)器人模型在所搭