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相较于传统的腹腔微创外科手术,使用腹腔微创外科手术机器人进行腹腔微创外科手术具有创伤小、康复快、病人住院时间短、手术质量高等诸多优点。腹腔微创外科手术操作仿真技术是腹腔微创外科手术机器人系统关键技术之一,对其进行研究在模拟真实腹腔微创手术操作过程和缩短医生培训曲线等方面具有重要意义。结合国家863计划资助项目“腹腔微创外科手术机器人系统研究”,本文建立了腹腔微创外科手术机器人模型,对其进行了运动学分析,建立了面向腹腔微创外科手术的腹腔内部组织模型,搭建了腹腔微创外科手术机器人仿真平台,进行了按压、夹持胆囊模型和腹腔下部组织模型的手术操作仿真研究。首先,建立了腹腔微创外科手术机器人模型。分析了腹腔微创外科手术机器人的建模要求,确定了机器人模型总体方案。针对手术远心点定位需求,设计了机器人远心点定位机构模型。在分析了当前所使用的各种远心机构优缺点基础上,设计了平行四边形远心机构模型。结合实际手术需要,设计了用于腹腔微创外科手术的手术器械模型。优化了机器人模型的臂长参数,使之满足腹腔微创外科手术的实际需求。腹腔微创外科手术机器人模型是腹腔微创外科手术机器人仿真平台中对组织模型进行操作的执行机构。其次,进行了腹腔微创外科手术机器人运动学分析。求解了远心点定位机构正运动学和逆运动学以定位手术远心点。进行了手术器械正运动学分析,求解了手术器械工作空间,阐述了术前规划中确定手术器械工作空间的方法。求解了手术器械雅可比矩阵和逆雅可比矩阵,为对该机器人进行逆雅可比控制奠定了基础。对机器人的运动学分析是控制机器人按照期望规律运动的必要条件。然后,建立了面向腹腔微创外科手术的腹腔内部组织模型。由于微创胆囊切除术是最典型的腹腔微创手术,建立了胆囊及其附属管路几何模型和腹腔下部组织几何模型,赋予并分析了相应的力学模型,给出了胆囊及其附属管路模型的弹性组织力平衡求解算法和当腹腔下部组织为粘弹性组织时的动态过程模拟算法。腹腔内部组织模型是腹腔微创外科手术机器人仿真平台中的操作对象。而后,阐述了腹腔微创外科手术机器人仿真平台的搭建。介绍了该仿真平台总体结构,给出了仿真平台原理框图,介绍了所使用的主手,分析了常用的四种主从控制方式优缺点后,选择了机器人模型的控制方式,并计算了控制律。说明了该仿真平台基本模块的实现,阐述了该仿真平台的搭建过程和应注意的问题。该平台为利用腹腔微创外科手术机器人进行操作仿真提供了仿真环境。最后,进行了腹腔微创外科手术操作仿真研究。提出了腹腔微创外科手术操作仿真总体方案,利用所建立的机器人模型在所搭建的仿真平台中进行了手术器械按压胆囊模型操作仿真研究、手术器械夹持胆囊模型操作仿真研究、手术器械按压腹腔下部组织模型操作仿真研究和手术器械夹持腹腔下部组织模型操作仿真研究。