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近年来由于血管方面疾病的流行,血管介入手术变得越来越普遍。介入手术需要医务人员长期暴露于X射线下,而X射线对医务人员的伤害极大,因此必须开发一种遥操作介入手术机器人代替医务人员进行手术,使医务人员得以免于X射线的辐射。 本文首先依据医务人员进行手术的流程情况进行了整体方案的设计。整个血管介入手术机器人采用了基于主从控制的遥操作形式。主端为控制端,由医务人员进行操控。从端为执行端,主要负责执行主端发送的命令以及返回相应的控制信息。为了模拟医务人员的手术动作,提出了基于四夹持机械手的机械设计方案,并设计了相应的导向移动装置。同时对器具舱模块,主端控制模块进行了原理性设计。根据提出的机械原理方案设计了血管介入手术机器人的控制系统方案,通过比较几种常见的总线控制方式提出了基于CAN总线的控制方案。 然后着重介绍了血管介入手术机器人的机械结构设计以及控制系统设计。机械结构方面详细介绍了主端操作平台和从端的夹持机械手模块,导向移动模块,器具舱模块的设计。从端机械结构实现了拟人化的设计,较好的模拟了医务人员的手术过程。控制系统的设计则包括整体硬件设计和系统软件设计。硬件设计采用了基于CAN总线的分布式设计方案。通过比较几种工业上常用的控制系统方案,选取了基于STM32处理器的多站点通讯系统,依据该控制系统模型详细介绍了供电模块,CAN总线通信电路,电机驱动电路以及传感器模块的设计。控制软件设计则包括了基于脉冲序列的步进电机控制,无刷直流电机的控制以及 CAN总线通信协议的编写。其中无刷直流电机主要通过PID进行控制,并详细介绍了常用的PID控制系统模型。基于CAN总线的通信协议则使用了CAN总线的扩展帧协议。 最后对整个血管介入机器人系统进行了实验验证。通过夹持机械手性能测试,导管导丝操纵实验,整体流程验证等试验对介入手术机器人系统进行了较为全面的测试,为后续的动物实验打下了坚实的基础。 相较于传统的血管介入手术机器人系统,本次研究的血管介入手术机器人能够实现不仅更加复杂的手术动作,而且极大程度的模拟了医务人员的手术过程。