基于力反饋的主從式機器人輔助脊椎穿刺手術系統.pdf

1、骨質疏松性脊柱壓縮性骨折(VCF)對人的危害極大,會造成病人重心前移,脊柱前屈增大。針對治療VCF的方法的臨床統計結果表明,PKP在治療VCF過程中比保守治療、內科治療、經皮椎體成形術(PVP)有著明顯的優(yōu)勢,因此在VCF治療過程中,PKP方法應優(yōu)先選用。然而PKP也有一些不足,包括穿刺手術過程不連貫,X射線對醫(yī)生的輻射傷害過大等,為解決這一問題,本文提出使用主從式機器人將手術端和操作端分開,在提高手術精度的同時能夠避免醫(yī)生受輻射的危險

2、,此外,還可以提高整個手術過程的流暢程度,進而減小手術時間。
　　本文通過對機器人輔助脊椎穿刺手術系統發(fā)展現狀的調研與分析,確立了整體系統的基本設計要求,根據設計要求搭建了一套可行的主從式機器人輔助脊柱穿刺手術系統,并詳細介紹了系統各個組成部分及功能。該系統能夠在不改變醫(yī)生操作習慣的前提下將手術端與操作端分開,并能夠通過主手控制從手的精確運動,同時,從端與環(huán)境的實際力信息可以通過力傳感器采集、處理并反饋至主手端,能夠給操作者提供真

3、實的力覺臨場感從而幫助操作者順利的完成手術操作。為此,本文主要做了以下工作:
　　首先,對機器人輔助脊椎穿刺手術系統的控制策略進行調研分析,確定系統雙邊控制的總體方案;再根據雙邊控制系統穩(wěn)定性、透明性和跟蹤性的要求,對不同的雙邊控制策略進行建模與分析并選擇適合于機器人輔助脊椎穿刺手術系統的控制策略。
　　其次,研究機器人輔助脊椎穿刺手術系統雙邊控制策略中的位置控制策略,即研究基于機器人運動學的主從異構機器人系統的工作空間映射

4、。首先,通過D-H法對滿足P iep er準則的6-R型串聯機器人的運動學進行分析并獲得其所有正逆解,并通過最佳柔順法則對其逆解篩選,為研究系統的主從空間映射奠定基礎;其次,研究系統的工作空間映射,以手眼協調為前提,采用增量式位置控制策略獲得主從空間映射關系,并可以根據需要通過變比例控制策略改變主從工作空間的對應比例,實現從端工作空間的放大與縮小,此外,將主從跟隨誤差引入到位置反饋獲得更好的主從跟隨效果進而提高系統的位置控制精度。

5、>　　第三,研究主從式機器人輔助脊椎穿刺手術系統的力反饋算法。研究基于六維力傳感器的從端真實力信息的獲取方法,設計數字濾波器對六維力傳感器的原始數據進行濾波,再通過研究其標定、重力補償及坐標轉換算法,獲得從端在操作者坐標系下的真實力信息并反饋至操作者;此外,將主從位置誤差引入系統的力反饋,雖然系統的透明性有所降低,但是能夠進一步的減小主從位置控制誤差,提高手術操作的安全性。
　　最后,為驗證主從式機器人輔助脊椎穿刺手術系統的可行性