主從式微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)力位補(bǔ)償研究.pdf

1、獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其它人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得丞洼王些太堂或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同T作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)叫并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：簽字日期：2咿弓月f曰學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解云洼工些太堂有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特

2、授權(quán)玉洼王些太堂可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤(pán)。(保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說(shuō)明)學(xué)位論文作者簽名：土諏?xiě)蛯?dǎo)師簽名：簽字日期：砂’下妒1日簽字日期：知’7F弓月1日摘要隨著科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展需求，遙操作機(jī)器人技術(shù)逐漸成為機(jī)器人研究的熱點(diǎn)，并廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。在醫(yī)療領(lǐng)域，主從遙操作機(jī)器人系統(tǒng)的力覺(jué)臨場(chǎng)

3、感成為了眾多研究者關(guān)注的焦點(diǎn)。本文闡述了力覺(jué)臨場(chǎng)感的研究現(xiàn)狀，并針對(duì)主從式微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行分析，指出了其中存在的兩個(gè)主要問(wèn)題：主操作手存在附加反饋力和附加位移。為解決上述問(wèn)題，本文所做研究工作如下。采用指數(shù)積公式對(duì)主從式微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，同時(shí)對(duì)主操作手PhantomDesktop進(jìn)行了逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，并推導(dǎo)了主從操作手的空間和物體雅可比矩陣，為實(shí)現(xiàn)基于模型的力反饋運(yùn)動(dòng)控制做了工作鋪墊。利用旋量理論結(jié)合拉格朗日方法，

4、并選擇CoulombViscous摩擦模型，從而建立了計(jì)及關(guān)節(jié)摩擦力的主操作手PhantomDesktop的完整動(dòng)力學(xué)模型。將主操作手的完整動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行線性化處理后，采用最zj、乘法對(duì)主操作手動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)辨識(shí)，最后通過(guò)力矩對(duì)比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了主操作手動(dòng)力學(xué)模型的正確性和動(dòng)力學(xué)參數(shù)估計(jì)的可靠性。分析主操作手附加反饋力和附加位移的產(chǎn)生原因及補(bǔ)償原理，同時(shí)提出了相應(yīng)的附加反饋力和附加位移補(bǔ)償策略。利用現(xiàn)有的設(shè)備力反饋主手PhantomDe

5、sktop和萬(wàn)用機(jī)械手臂WAMarm搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并進(jìn)行了力反饋實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明主操作手的附加反饋力補(bǔ)償方法正確且有效。通過(guò)建立操作者的手臂模型和模擬真實(shí)反饋力，從而對(duì)主操作手附加位移進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明了主操作手的附加位移補(bǔ)償策略的正確性。采用二端口網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)主從遙操作機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上提出并闡述了系統(tǒng)的三個(gè)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。分析了主從遙操作機(jī)器人系統(tǒng)通用的四通道雙邊控制結(jié)構(gòu)，并介紹了其應(yīng)用于不同場(chǎng)合的兩種控制結(jié)構(gòu)：基于位置