脊柱手術(shù)機(jī)器人的柔順控制及骨削手術(shù)規(guī)劃.pdf

1、隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，機(jī)器人的控制越來(lái)越精確，實(shí)現(xiàn)的功能也越來(lái)越多。機(jī)器人不再只是用在工業(yè)領(lǐng)域，越來(lái)越多的機(jī)器人用于外科手術(shù)。本文以6自由度的脊柱手術(shù)機(jī)器人作為研究對(duì)象，對(duì)脊柱手術(shù)機(jī)器人的柔順控制及骨削手術(shù)規(guī)劃進(jìn)行了研究。本文主要研究?jī)?nèi)容有:
　　 (1)對(duì)脊柱手術(shù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)及控制方案進(jìn)行了分析研究。根據(jù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用D-H法分析了機(jī)器人的正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題;通過(guò)矢量微分法計(jì)算出機(jī)器人的雅可比矩陣，將其用于機(jī)器人的

2、奇異位形分析以及柔順控制算法計(jì)算;針對(duì)脊柱手術(shù)的定位難、風(fēng)險(xiǎn)大等特點(diǎn)，給出了機(jī)器人的主被動(dòng)控制方案，并制定了主被動(dòng)的控制流程。
　　 (2)研究了脊柱手術(shù)機(jī)器人的柔順控制算法。在對(duì)阻抗控制算法進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，將基于力的阻抗控制引入機(jī)器人被動(dòng)控制模式中，通過(guò)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的柔順控制;通過(guò)對(duì)機(jī)器人的被動(dòng)拖拽實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了基于力的阻抗控制算法能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的柔順控制。
　　 (3)研究了脊柱手術(shù)機(jī)器人的

3、骨削手術(shù)路徑規(guī)劃方法。針對(duì)脊柱骨結(jié)構(gòu)復(fù)雜難以規(guī)劃手術(shù)路徑的特點(diǎn)，使用Unigraphies(簡(jiǎn)稱UG)的CAD/CAM功能生成脊柱骨磨削的G代碼，通過(guò)對(duì)G代碼的解釋可以提取出安全的手術(shù)路徑。
　　 (4)設(shè)計(jì)了脊柱手術(shù)機(jī)器人的可視化仿真及控制軟件。設(shè)計(jì)了機(jī)器人可視化仿真軟件，該軟件能可視化跟蹤機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，利用該軟件可驗(yàn)證機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解的正確性，以及骨削手術(shù)路徑的可行性。設(shè)計(jì)了脊柱手術(shù)機(jī)器人的控制軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的控制