機器人神經(jīng)外科手術(shù)導航與視覺定位的研究.pdf

1、機器人在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用是目前機器人研究的熱點課題之一。在該領(lǐng)域的研究不僅在提高手術(shù)質(zhì)量、減少手術(shù)創(chuàng)傷等方面帶來一系列的技術(shù)變革，也將改變傳統(tǒng)醫(yī)療外科的許多概念，對相關(guān)學科的發(fā)展產(chǎn)生積極的推動作用。 本文以神經(jīng)外科手術(shù)為背景，以MOTOMAN－UP20型機器人為執(zhí)行機構(gòu)，對機器人的導航控制和標記點的視覺定位進行了實驗研究，為機器人神經(jīng)外科手術(shù)系統(tǒng)做了前期技術(shù)準備工作并提供了技術(shù)參考依據(jù)。 機器人的導航控制采用離線編程的方法

2、，由外部主控計算機調(diào)用數(shù)據(jù)通訊軟件MOTOCOM32中的庫函數(shù)完成。首先提出機器人手術(shù)作業(yè)方案及流程要求；其次基于標記點的配準映射將病灶點由計算機三維圖像空間轉(zhuǎn)換到機器人手術(shù)作業(yè)空間，并用Matlab對映射誤差給予仿真計算；然后利用歐拉角旋轉(zhuǎn)和齊次坐標變換的性質(zhì)，建立手術(shù)工具位姿、多工具自動調(diào)換數(shù)學模型，確定導航所需位姿數(shù)據(jù)；最后進行機器人導航控制實驗，并測試手術(shù)作業(yè)誤差。 標記點的視覺定位采用立體視覺的方法，由安裝在機器人法蘭

3、盤上的單目攝像機完成。首先根據(jù)對攝像機標定方法和攝像機模型的優(yōu)缺點的分析，使用Tsai氏兩步法及其改進，進行了攝像機內(nèi)外部參數(shù)的標定；然后提出機器人和攝像機之間“手–眼”關(guān)系的快速標定方法，進行了“手–眼”關(guān)系的標定，并與Shui氏AX=XB法加以比較；最后根據(jù)立體視覺原理，計算出標記點在機器人坐標系中的坐標，分析了影響定位精度的因素。 大量的實驗結(jié)果表明：標記點的視覺定位誤差小于1mm；機器人導航控制的病灶點綜合定位誤差小于2