腹腔微創(chuàng)外科手術機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，使用腹腔微創(chuàng)外科手術機器人進行腹腔微創(chuàng)外科手術具有創(chuàng)傷小、康復快、病人住院時間短、手術質量高等諸多優(yōu)點。腹腔微創(chuàng)外科手術操作仿真技術是腹腔微創(chuàng)外科手術機器人系統(tǒng)關鍵技術之一，對其進行研究在模擬真實腹腔微創(chuàng)手術操作過程和縮短醫(yī)生培訓曲線等方面具有重要意義。
　　結合國家863計劃資助項目“腹腔微創(chuàng)外科手術機器人系統(tǒng)研究”，本文建立了腹腔微創(chuàng)外科手術機器人模型，對其進行了運動學分析，建立了面向腹腔微創(chuàng)外科

2、手術的腹腔內部組織模型，搭建了腹腔微創(chuàng)外科手術機器人仿真平臺，進行了按壓、夾持膽囊模型和腹腔下部組織模型的手術操作仿真研究。
　　首先，建立了腹腔微創(chuàng)外科手術機器人模型。分析了腹腔微創(chuàng)外科手術機器人的建模要求，確定了機器人模型總體方案。針對手術遠心點定位需求，設計了機器人遠心點定位機構模型。在分析了當前所使用的各種遠心機構優(yōu)缺點基礎上，設計了平行四邊形遠心機構模型。結合實際手術需要，設計了用于腹腔微創(chuàng)外科手術的手術器械模型。優(yōu)化了

3、機器人模型的臂長參數，使之滿足腹腔微創(chuàng)外科手術的實際需求。腹腔微創(chuàng)外科手術機器人模型是腹腔微創(chuàng)外科手術機器人仿真平臺中對組織模型進行操作的執(zhí)行機構。
　　其次，進行了腹腔微創(chuàng)外科手術機器人運動學分析。求解了遠心點定位機構正運動學和逆運動學以定位手術遠心點。進行了手術器械正運動學分析，求解了手術器械工作空間，闡述了術前規(guī)劃中確定手術器械工作空間的方法。求解了手術器械雅可比矩陣和逆雅可比矩陣，為對該機器人進行逆雅可比控制奠定了基礎。對

4、機器人的運動學分析是控制機器人按照期望規(guī)律運動的必要條件。
　　然后，建立了面向腹腔微創(chuàng)外科手術的腹腔內部組織模型。由于微創(chuàng)膽囊切除術是最典型的腹腔微創(chuàng)手術，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，賦予并分析了相應的力學模型，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腹腔下部組織為粘彈性組織時的動態(tài)過程模擬算法。腹腔內部組織模型是腹腔微創(chuàng)外科手術機器人仿真平臺中的操作對象。
　　而后，闡述了腹腔微創(chuàng)

5、外科手術機器人仿真平臺的搭建。介紹了該仿真平臺總體結構，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)缺點后，選擇了機器人模型的控制方式，并計算了控制律。說明了該仿真平臺基本模塊的實現，闡述了該仿真平臺的搭建過程和應注意的問題。該平臺為利用腹腔微創(chuàng)外科手術機器人進行操作仿真提供了仿真環(huán)境。
　　最后，進行了腹腔微創(chuàng)外科手術操作仿真研究。提出了腹腔微創(chuàng)外科手術操作仿真總體方案，利用所建立的機器人模型在所搭