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多自由度微创手术取样机器人研究

作 者: 李光春
导 师: 付庄
学 校: 上海交通大学
专 业: 机械电子工程
关键词: 多自由度 柔性机器人 病理组织 取样 结构设计 运动学分析 模拟仿真
分类号: TP242
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 51次
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内容摘要


医疗机器人系统的研究是机器人领域研究与发展的一个热点。在众多的医疗手术中,微创医疗手术具有创伤小,疼痛少,恢复快等特点,微创手术是指利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备进行的手术。微创手术无须开刀,只需在病人身上开1-3个0.5-1厘米的小孔,病人不留疤痕、无疼痛感、只需3-5天便可完成检查、治疗、康复全过程。但是在进行微创医疗之前需要进行反复的检测以及在手术术后的病理组织取样都是非常麻烦的事情,为简化在介入式医疗术后病理组织取样、活检中的复杂操作,本文设计了一种新型的取样和检测机器人原型机构。本文对多自由度微操作手术机器人进行了系统地研究,主要工作包括以下几个方面:首先,分析任务要求,进行多自由度取样机器人原型的总体结构方案设计,并着重对其控制机构进行了阐述。其次,为了验证多自由度病理组织取样机器人的可行性,进行了机器人运动过程中相关的选型计算和运动学分析,为设计方案提供优化和校验。然后,根据所需要完成的一些工作进行了系统的硬件结构设计,搭建了整个硬件平台。最后,基于VisualStudio2008C#开发环境,进行了多自由度柔性机器人运动控制软件设计及运动控制设计,并在此基础上进行了柔性机器人的运动实验以及模拟抓取病理组织实验。运动实验和模拟病理组织取样仿真实验的结果证明本多自由度柔性机器人满足预期的设计要求,初步具备较好的病理取样以及活检测的能力。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-9
第一章 绪论  9-19
  1.1 课题来源  9
  1.2 引言  9-10
  1.3 医疗机器人简介与研究现状  10-16
    1.3.1 医疗机器人简介  10-11
    1.3.2 主要研究问题  11-12
    1.3.3 国内外研究现状  12-16
  1.4 课题背景与研究内容  16-18
    1.4.1 本课题的研究背景  16-17
    1.4.2 本文的主要研究内容  17-18
  1.5 本章小结  18-19
第二章 多自由度取样机器人的结构设计  19-29
  2.1 取样机器人总体设计  19-21
    2.1.1 取样机器人要求  19-20
    2.1.2 取样机器人原理  20-21
  2.2 取样机器人设计概述  21-28
  2.3 本章小结  28-29
第三章 多自由度取样机器人的数学建模  29-41
  3.1 单级柔性机器人逆运动学方程  29-32
    3.1.1 单级柔性机器人假设  29-30
    3.1.2 单级柔性机器人运动计算  30-32
  3.2 两级柔性机器人逆运动学方程  32-37
    3.2.1 两级柔性机器人假设  32
    3.2.2 两级柔性机器人运动计算  32-34
    3.2.3 柔性机器人投影控制  34-37
  3.3 向多级柔性机器人的推算  37-40
    3.3.1 柔性机器人位姿的计算  37-38
    3.3.2 钢丝长度的变化和角度的计算  38-40
  3.4 本章小结  40-41
第四章 柔性机器人硬件控制系统设计  41-58
  4.1 控制方案的概念设计  41-42
  4.2 电机选型计算  42-47
    4.2.1 柔性机器人材料性能  42-43
    4.2.2 柔性机器人运动的驱动能力计算  43-47
  4.3 驱动器的选择  47-50
    4.3.1 TB6560 驱动器的优点  47-49
    4.3.2 TB6560 驱动器的使用  49-50
  4.4 运动控制卡的选择  50-52
  4.5 系统控制系统的搭建  52-56
  4.6 本章小结  56-58
第五章 控制系统软件的设计及模拟实验  58-74
  5.1 引言  58-59
  5.2 系统程序流程  59-60
  5.3 基于实时运动仿真的程序设计  60-69
    5.3.1 机器人模型的建立  61-64
    5.3.2 机器人系统的初始化  64
    5.3.3 机器人系统的交互界面  64-69
  5.4 执行程序的设计  69-72
    5.4.1 双轴逐点比较法  69-71
    5.4.2 多轴联动插补算法  71-72
  5.5 模拟实验  72-73
  5.6 本章小节  73-74
第六章 总结与展望  74-76
  6.1 全文总结  74-75
  6.2 研究展望  75-76
参考文献  76-79
致谢  79-80
攻读学位期间发表的学术论文  80-82

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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