介入治療用自主導(dǎo)管導(dǎo)向機(jī)器人驅(qū)動及控制技術(shù)研究.pdf

1、自主導(dǎo)管是一種能夠在體外控制其前端自主實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)運(yùn)動的微創(chuàng)介入手術(shù)設(shè)備,它能夠使手術(shù)導(dǎo)管在血管介入治療手術(shù)中順利到達(dá)病變部位,降低操作難度,減少錯誤操作帶來的風(fēng)險。導(dǎo)向機(jī)器人則是安裝在自主導(dǎo)管前端的實(shí)現(xiàn)主動彎曲和轉(zhuǎn)向功能的裝置?；谛螤钣洃浶?yīng),本文對導(dǎo)向機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)向原理進(jìn)行了詳細(xì)論述,并研制了導(dǎo)向機(jī)器人樣機(jī)。本文研制的導(dǎo)向機(jī)器人樣機(jī)是由包含SMA(形狀記憶合金)驅(qū)動器和偏置彈簧的四節(jié)彎曲單元組成,能夠?qū)崿F(xiàn)不同方向和角度的彎曲,外形

2、尺寸為長20mm,外徑1.3mm。為了提高SMA驅(qū)動器的響應(yīng)速度、增強(qiáng)SMA驅(qū)動器在相變溫度區(qū)間上的可控性、以及避免SMA驅(qū)動器因過熱造成形狀記憶效應(yīng)的退化,本文中導(dǎo)向機(jī)器人的采用PWM驅(qū)動方式,并選取電阻和溫度作為反饋?zhàn)兞?分別設(shè)計了兩套相應(yīng)的反饋控制系統(tǒng),并且對控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)的論述。在加拿大NDI公司提供的AURORA位姿傳感器平臺的基礎(chǔ)上,利用VC++6.0開發(fā)了傳感器位姿跟蹤系統(tǒng)軟件,實(shí)現(xiàn)從上位機(jī)向AURORA

3、傳感器系統(tǒng)發(fā)送命令,獲得傳感器工作空間內(nèi)的位姿信息。對計算機(jī)主機(jī)和AURORA傳感器之間傳遞的數(shù)據(jù)使用了循環(huán)冗余校驗(yàn),確保了通信的順利進(jìn)行。對導(dǎo)向機(jī)器人做了整體性能試驗(yàn),測得了PWM占空比與導(dǎo)向機(jī)器人彎曲角度的關(guān)系,加熱電流與導(dǎo)向機(jī)器人彎曲角度的關(guān)系,為合理控制SMA驅(qū)動器提供了準(zhǔn)確的參數(shù)。在帶有冠狀動脈和主動脈弓的胸部血管模型中進(jìn)行了模擬介入手術(shù)的插管過程,按照預(yù)定的模擬手術(shù)路線分別在電阻反饋控制系統(tǒng)和溫度反饋控制系統(tǒng)的控制下成功地完