腹腔镜视觉下微创外科手术机器人多臂系统运动方法研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cychenying2007
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机器人技术与外科手术技术的结合推进了人类医学文明的发展,相比于传统的微创外科手术,采用微创外科手术机器人进行微创外科手术的方式极大程度的提高了手术的安全性、减轻了患者的术后痛苦和负担。在微创外科手术中,医生需要实时的对手术视野进行调整,医生希望获得的手术视野要在当前腹腔镜提供的视觉的基础上进行上下、左右、前后的运动,这样才能便于医生在常态思维下进行习惯性操作;同时在手术过程中,医生为了完成手术所进行的针对微器械的一系列操作均是以腹腔镜提供的当前视野为基准的,而腹腔镜的不断变化也会引起微器械移动的基准坐标系的不断变化。此时微器械的当前位姿是基于当前的腹腔镜视觉坐标系,微器械的目标位姿是基于当前位姿和运动量(根据医生的实际需求获得)确定的。为了在腹腔镜不断移动的前提下准确的获得微器械在当前视觉下的移动,亟需提出一种基于腹腔镜动态视觉的器械臂多臂系统相互协调运动的运动方法。首先介绍了该机器人系统器械臂的机械结构特点,建立了微创外科手术机器人持械臂、持镜臂的运动学模型。根据运动学模型求解持械臂、持镜臂各自的运动学正逆解并进行Simulink仿真验证。然后结合微创外科手术系统的手术流程,提出腹腔镜视觉下器械臂多臂系统协调运动的运动方法,根据运动方法建立持械臂基座、持镜臂基座、持械臂所夹持微器械和持镜臂所夹持腹腔镜四者所在坐标系之间的坐标变换关系,求解腹腔镜和微器械分别在腹腔镜工具坐标系下的运动学逆解并分别进行Simulink仿真,该运动算法解决了腹腔镜动态视觉下器械臂多臂系统的协调运动。最后针对多臂系统器械臂末端的轨迹提出一种可以优化实际轨迹的轨迹规划算法,该算法使器械臂末端的轨迹更加平滑精确。通过Matlab/Simulink、SimMechanics对该轨迹规划算法进行仿真,通过数据验证了轨迹规划算法的正确性。
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