导读:本文包含了主从手术机器人论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:主从式手术机器人,人手震颤滤除,振动抑制
主从手术机器人论文文献综述
代剑东[1]（2019）在《主从式手术机器人震颤滤除与振动抑制方法研究》一文中研究指出腹腔镜微创手术机器人可以辅助医生完成高精度、小创伤的微创外科手术,同时,它还具有主从操作、运动缩放、叁维视觉和手眼协同等优点,在临床外科领域有着广阔的应用前景。手术机器人的安全性和精度要求是制约其发展的重要因素之一,其中,机械臂的振动是影响其安全性和精度的重要原因。本文基于主从式的手术机器人,研究其人手输入震颤的滤除方法和机械臂振动的抑制方法。主从式手术机器人由外科医生操纵来完成手术,医生在主端的手部生理震颤最终会导致从端手术器械的震颤。本文基于信号补偿的原理,提出了最小二乘支持向量机卡尔曼算法和带限多重傅里叶线性组合器算法来估计人手部的生理震颤信号,然后将其反向迭加到控制信号中来滤除震颤。与多种滤波算法比较后发现,递推最小二乘带限多重傅里叶线性组合器震颤滤除算法表现最佳,在保证滤波精度的同时降低了信号的时间延迟,满足手术机器人的实时性要求。手术操作机械臂由于其关节柔性的存在会产生残余振动,是影响其操作精度和手术安全性的又一大原因。对机械臂进行主动控制可以有效抑制其残余振动。本文对课题组自主研发的从端手术机械臂进行了动力学和振动模态分析,通过实验辨识了机械臂不同位置下的振动模态参数,并建立了全工作空间的振动模态参数神经网络,据此设计了一种时间优化的输入整形器。通过对输入控制信号的整形来达到振动抑制的目的。该整形器在保证振动抑制效果和鲁棒性的同时将时间延迟降到最低。主从式手术机器人实验平台中包含手术机械臂和操作主手,医生通过操控主手来控制从手运动。在主从运动中,行程比例控制能够减小从端振动的幅值,同时达到精细操作的目的。本文建立了主从控制中的运动映射函数,引入了参数化的行程比例控制。在此实验平台中,对前述人手震颤信号的滤除算法进行了滤波实验和对比分析,验证了其有效性。对从端机械臂的振动参数进行了实验辨识,然后进行了振动抑制实验,结果表明本文设计的输入整形器能够有效抑制机械臂的残余振动。此外,还对主从运动控制进行了实验,验证了其行程比例控制的有效性。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2019-06-01）
牛国君,曲翠翠,潘博,付宜利[2]（2019）在《腹腔微创手术机器人的主从控制》一文中研究指出为提高基于内窥镜的腹腔微创手术机器人系统的手眼协调一致性,提出了一种主从控制方法.基于旋量理论建立从手系统的正逆运动学模型,基于运动模型提出内窥镜坐标系下的主从运动控制算法,该算法包含了运动的一致性控制、相对运动控制和比例运动控制.主手的腕部为被动方式(无电机驱动),不能在任意位置保持静止,在手术开始、中途中断或调节主手工作空间时,主手和从手姿态不能保持一致.为此,开展3种辅助功能实现研究,分别为主从姿态配准、手术器械更换和主从二次映射.最后进行了套环和穿线实验,这两组实验最大空间位置误差均小于1 mm,说明该算法可有效地提高手眼协调的一致性.(本文来源于《机器人》期刊2019年04期）
贠今天,左鹏[3]（2019）在《主从式微创手术机器人主手结构设计及运动学分析》一文中研究指出为提高微创手术中从手端的执行精度和控制端力觉临场感的真实程度,利用反求设计方法设计了一种串联6+1自由度主手机械结构。根据变异设计方法,基于大、小臂内部闭环传动钢丝存在中心距过大的情形,采用刚柔结合传动结构,并对其进行理论推导和参数化分析;构建主手正运动学模型,运用Matlab和ADAMS进行联合仿真;并通过蒙特卡洛方法对主手实际运动空间与要求工作空间的叁维对比云图进行仿真。结果表明:与纯钢丝传动结构相比,在给定8 N预紧力情形下,刚柔结合传动结构在传动行程内减小传动空回误差0.056 mm;由Matlab和ADAMS得到的主手运动轨迹基本重合,说明所构建的正运动模型正确,主手结构设计合理;主手运动空间完全满足微创手术的工作空间要求(准150 mm×250 mm)。(本文来源于《天津工业大学学报》期刊2019年02期）
杨永飞[4]（2019）在《基于主从控制的眼科辅助手术机器人系统研究》一文中研究指出近年来,随着眼科疾病的患病率逐年增加以及智能技术的发展,眼科手术机器人逐渐成为研究的热点与重点,其中结合医生丰富临床经验的主从控制眼科显微手术机器人更是重中之重。本文针对眼科手术中的白内障手术搭建了主从式眼科手术机器人系统。为解决狭窄空间中机器人手术安全问题,建立了多层安全约束模型,并在此基础上实现最优手术路径规划。为提高手术操作的安全性,本文实现了术中瞳孔自动识别与跟踪,并对手术器械交互作用力对眼球转动的影响进行了探讨,通过实验验证了机器人实现手术操做运动的控制算法。针对在白内障手术中手术器械在眼球的角巩膜处穿刺时,在交互作用力下会引起眼球的转动,对穿刺力矩对眼球眼外肌转动的影响进行了研究。根据解剖学参数建立眼球眼外肌模型,分析不同大小以及不同方向的穿刺力对眼球转动造成的转动情况,通过仿真表明穿刺力矩与眼球的转动角度之间存在非线性关系。在机器人辅助手术操作中,为了确定眼睛位置以及针对术中眼球位置有可能发生变动的问题,采用图像识别的方式实现对眼球坐标的位置跟踪。通过相机对不同位置和姿态下的眼睛进行采样识别,其实验结果表明识别精度比较高,跟踪可靠性好。在确定眼睛坐标位置的基础上,针对手术操作区域的特点建立了手术约束模型并进行不同约束区域的划分。结合所建约束以及临床手术操作流程对机器人辅助手术操作进行运动规划,实现机器人在不同的运动阶段的不同的控制。本文搭建了主从异构式机器人平台,主手和从手分别采用六自由度的Omega.6力反馈装置和UR5机器人,用Qt编写可视化的操作界面。根据上述操作规划,针对手术操作中手术器械需要围绕手术切口操作的要求,提出了主从异构远程运动中心(Remote Center of Motion,RCM)控制算法,成功实现机器人的RCM运动控制和对机器人矢量运动进行动态补偿。在矢量平移运动中,为了减少手术器械的振动,在机器人运动中对从手的速度实现动态控制,实验结果表明机器人运动更加平稳。为了提高操作者的体验感以及针对手术中特殊情况下眼球需要发生转动的情况,建立了具有虚拟力反馈的动态约束空间,实现将器械与眼球的交互力反馈到操作主手。实验结果表明当约束条件发生改变时,反馈到主手的力也会明显的发生变化,可有效提高操作的安全性。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2019-01-01）
姜紫阳,代煜,张建勋,孙会娇[5]（2019）在《主从式手术机器人主手消抖方法》一文中研究指出针对实际操作中主手机械臂引入的抖动噪声,首先使用高精度加速度计对不同人不同时段的抖动信号进行采集并分析其特点,继而再根据抖动信号的先验信息设计改进型自适应带限多线性傅里叶拟合器(BMFLC).该方法使用覆盖抖动信号频率段的具有特定间隔的基频信号通过最小均方(LMS)算法拟合抖动信号,用以补偿手术操作中抖动信号的影响.针对抖动信号中幅值较高的频段,提出拟合器频带的稠密划分方法.实验结果表明,改进型BMFLC算法的补偿效果比标准型提高约10%.(本文来源于《机器人》期刊2019年03期）
李政,王国慧,凌颢,张国凯,李炜[6]（2018）在《基于术中轨迹的微创手术机器人的主从映射比例评估》一文中研究指出主从式手术机器人映射关系的设计与优化是提高术者操作效率,减少手术疲劳的关键步骤之一,过去通常依靠机器人搭建完成后基于实体手术平台进行评价,延长了研发周期。以微创手术机器人映射关系为研究对象,选择胆囊切除术作为采样标本,运用微型传感通过临床手术实际测量获得典型器械运动轨迹,综合分析得出手术安全域内运动范围,并运用人机工程分析平台DELMIA,采用我国国家标准人体测量数据为人体建模参数,建立国人典型人体运动模型,通过设定不同映射比例,基于反向运动学计算获得手术机器人环境下典型手术过程中术者姿势与上肢运动轨迹,应用RULA分析对不同映射比例下术者的双侧上肢的疲劳程度进行评估,从而获取特定映射关系下人机界面最佳的映射比例,为微创手术机器人针对人机界面优化的设计制造提出了新的评价方法,为缩短器械设计修改流程、加快器械开发速度提出了新的途径。(本文来源于《机械工程学报》期刊2018年17期）
益加福[7]（2018）在《具有力反馈的脊柱手术机器人主从控制研究》一文中研究指出临床中,传统的脊柱手术多采用开放式,对患者带来极大的痛苦且恢复时间较长。为了减轻患者痛苦,基于放射影像的脊柱微创手术应运而生。微创手术为患者带来福音的同时,也对医生提出了更高的要求,增加了手术的风险。将机器人应用于脊柱手术可以发挥机器人精度高、稳定可靠、不易疲劳的优势,是未来的发展方向。机器人向着智能化发展,然而现阶段的机器人尚未具备自主完成复杂任务的能力。人机协作作为另一发展方向,在充分发挥机器人长处、提高效率方面有着举足轻重的地位。具有力反馈功能的主从式机器人具有良好的人机交互性能,结合传感技术还能实现预警和自动停止功能。若将上述优势应用于临床,则可以大大减轻医生的负担,降低手术的风险。机械系统精度是实现主从运动跟随和主手力反馈的基础和前提。文章首先以提高精度为目的,针对课题组自行研制的脊柱手术机器人,分析了主手及从端机器人的定位误差,建立误差模型并进行了仿真验证。借助粒子群算法,对误差模型中的未知量进行辨识,并对误差辨识算法的有效性进行了仿真验证。为实现主从运动跟随,采用了一种基于雅可比映射的增量式控制方法,据此建立主从映射机制,分别求得了主手和从端机器人的雅可比矩阵。对于该映射方式带来的误差,采用前馈神经网络进行补偿;为了进一步消除累积误差,引入位置反馈补偿策略。反馈力掺杂主手附加力后,会造成操作者力觉失真,影响力觉临场感。为补偿主手附加力,建立了主手的动力学模型,并进行了简化以及仿真验证。通过动力学解求取,实现对附加力的实时补偿,并在以上前提下实现了力反馈。针对术前机器人动作过程中的跟随误差,将其以力的形式传递给主手操作者,起到警示和限制的作用,阻止误差的进一步扩大。文章建立了反馈力与主从跟随误差之间的阻抗模型,并通过模糊推理的方式实现阻抗参数的整定。最后,搭建实验平台,对文中提到的标定方法、运动控制算法、力反馈算法进行了系统实验验证。通过比较标定前后脊柱手术机器人的定位精度,验证文中标定方式的有效性;通过对加入补偿前后主从跟随误差的比较,验证误差补偿算法的有效性;通过比较磨削新鲜牛脊骨过程中的接触力与反馈力,验证力反馈控制算法的有效性。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2018-06-01）
刘海洋[8]（2018）在《血管介入手术机器人机构设计与主从控制研究》一文中研究指出心血管疾病死亡率占人类死亡原因的第一位并逐年增加,同时介入手术会对医生造成比较严重的伤害,这就迫切需要引入机器人技术辅助医生完成血管微创介入手术。具有力觉临场感的主从式手术机器人可以实现遥操作手术,具有非常广阔的市场前景和巨大的需求,对提高基层医疗水平具有探索性的意义。本文设计了一种新型的具有力反馈功能、主从同构型的血管微创介入手术机器人系统,针对现有血管介入手术机器人普遍存在的消毒、力反馈、递送精度等核心问题,展开了研究,主要工作和成果如下:首先,针对现有手术机器人存在的问题,结合手术的具体过程,采用模块化的设计方法,对主从操作血管介入手术机器人的主手端操作机构和从手端导丝递送机构进行了详细的构型设计和结构设计,并计算了整体性能参数。其次,研究了质量、刚度对递送机构动特性的影响,发现质量是影响递送机构动特性的关键因素,在此基础上利用有限元原理对移动指关键零件进行了轻量化分析,降低了移动指的质量,提高了递送机构的动特性。对不同形状、不同张开角的夹持爪进行了有限元分析,选择了一种最优的设计,并对其进行了不同工况的强度、刚度校核。最后,建立了操作机构和递送机构的动力学模型;针对递送机构受到导管/导丝阻力非线性、不确定扰动的问题,设计了具有很强鲁棒性的自适应滑模控制器,实现了主从位置跟踪的准确控制。通过对不同算法仿真结果的对比分析,得知自适应滑模控算法减小了不确定外界扰动对系统稳定性的影响,减小了控制偏差,提高了响应速度、系统的鲁棒性和精确性。(本文来源于《燕山大学》期刊2018-05-01）
石运永[9]（2017）在《基于力反馈的微创手术机器人主从控制研究》一文中研究指出手术机器人作为一种重要的辅助工具在医生的操作中获得越来越多的应用。在不同的手术条件下,开发出构型不同的手术机器人系统,来辅助医生进行手术操作成为当下机器人研究的重要方向。手术机器人充分发挥了机器人自由度多,工作范围广,运行精度高的优势,能够帮助医生执行更加复杂和精密的动作。微创外科手术机器人可以帮助医生解决在微创手术中遇到的工作操作空间受限,医生疲劳,手部抖动等问题,同时也可以辅助医生进行远程的操作。因此,开展微创手术的研究势在必行。本文在已经研发的微创外科手术机器人硬件设备的基础上进行了相关的研究,研究的内容主要有以下几个方面:1、针对本课题组研发的微创主从手术机器人主从异构的特点,首先研究主手机器人和从手机器人在运动学中的正逆运动学解的问题,根据从手的结构特点,在从手中提出了位姿分离的逆运动学算法,具有计算量小,运动快的优点。2、根据主从手异构的特点,建立了符合本系统的主从手之间的运动映射关系,保证主手和从手的运动一致性,提高医生手术操作时的沉浸感。为了实现主手能够准确的执行医生的动作和从手准确的进行跟随运动,根据主手和从手都采用串联结构的特点,在主手上提出了粗调和细调的映射方式,提高了从手跟随运动的准确性。由于手术环境的复杂性和多变形,针对不同的手术操作,设计了主从比例控制,来适用对具有不同精度要求的手术。3、从手作为手术的执行单元,实现平稳可靠的运动是完成手术动作的关键。因此必须对从手的运动控制进行单独的研究。本文在从手的运动控制中,分别采用了PID控制,模糊控制,滑模控制和模糊滑模控制,通过仿真和实验证明,模糊滑模控制可以实现关节电机的稳定运动,提高手术操作的精度,与其它几种控制策略相比更适合从手机器人的控制。4、在主从手术机器人的力反馈功能的实现上,在从手机器人的末端执行器端安装了由实验室自主设计的六维力传感器进行力信息的采集。因此本文提出了一种力位控制算法,分别实现主从的位置跟随和力反馈功能的独立控制,保证主手真实的感受到从手端执行器与组织之间的力。5、在微创辅助手术机器人中,本课题组研发了一款具有力反馈功能的下颌骨手术机器人。在其执行器末端安装有力传感器,因此针对设备能够进行力检测的特点,针对钻骨手术操作提出了一种力反馈法则和厚度法则相结合的自动钻孔控制策略。通过该控制策略可以利用钻骨过程中力的信息和位置信息,辅助医生实现下颌骨手术中自动的打孔动作。同时在利用增强现实导航技术的条件下,将需要切除的手术部位和周围的血管和神经等组织呈现在医生的面前,实现准确的打孔,帮助医生在手术中避开这些重要的部位。在结果分析中,对设备打孔和手工打孔的位置精度进行了数据分析,数据表明设备打孔具有更高的精确度,可以提高手术的准确度和安全性。(本文来源于《上海交通大学》期刊2017-11-02）
王建辰[10]（2017）在《变刚度单孔手术机器人系统设计方法及主从控制策略研究》一文中研究指出单孔入路的限制对单孔微创手术机器人提出了更高的技术要求。单孔微创手术机器人不得不在更有限的范围内集成更多的运动自由度;在更加受限的操作空间内提供足够的操作精度及手术操作力;在高度集成的系统中,提供良好手眼协调一致性。基于上述医学需求并面向国家重大项目战略及科学前沿问题,本文完整开发出了功能较完善的包括主操作台系统、从机器人系统、图像系统、控制系统、变刚度操作臂系统及机器人辅助吻合系统在内的能够满足微创手术任务的单孔手术机器人系统,并提出了将变刚度功能集成在单孔机器人操作臂上的理念及方法。论文主要工作包括如下几个方面:1.提出了变刚度单孔手术机器人系统设计方法。根据对单孔手术临床操作模式及入路方式的分析,以及“Y”构型单孔机器人模式分析,提出了包括自由度布局、医学几何参数及手术操作力在内的关键设计需求。基于医学需求,分析了变刚度操作臂构型型式、变刚度原理、耦合丝传动方式及操作臂集成设计。并分析了柔性关节力学模型,对关键设计参数的选择提供理论基础。2.建立了变刚度单孔手术机器人运动学分析方法。基于本文开发的变刚度单孔机器人操作臂,建立了耦合丝传动下多自由度变刚度操作臂的运动学模型及分析方法。利用螺旋理论及指数积公式推导了柔性铰接混合构型操作臂的运动学及瞬时运动学的简明表达式,并对其叁重空间映射关系进行了深入理论分析。3.建立了变刚度单孔机器人主从控制策略。实现了“所见即所动”的直觉映射及基于比例增量控制原理的精准控制方法。针对单孔机器人操作中的关键安全性问题,提出了具体的提高手术安全性的控制方法。制定了单孔机器人整体控制流程并对软硬件系统架构进行了分析。4.开发了单孔手术机器人专用辅助软组织吻合器械并进行优化分析。通过智能控制的方式,实现了对软组织吻合过程中的关键过程参数的有效控制,进而达到提高肠组织吻合质量的目的。通过建立缝合钉钉合软组织力学模型、有限元模型及成型后缝合钉几何模型,并基于评分法建立了软组织吻合质量优化方法。5.对变刚度单孔机器人系统进行了完整的实验研究。实验研究得出,刚柔转化最短时间为5s;操作臂在刚态下,其刚度相较于柔态下提高3.02到4.12倍,操作臂在刚态下的极限负载达到10N。定位精度实验及主从映射实验验证了运行学及控制策略理论分析的正确性。主从跟踪误差实验表明,操作臂在刚态下的稳定性明显高于柔态下的稳定性。离体动物组织实验表明,本文所开发的变刚度单孔机器人系统,其操作臂在刚态下具有较好的刚性、稳定性及足够的提拉力,在柔态下具有良好的灵巧性及灵活性。本文所开发的变刚度单孔机器人系统及其吻合器械能够满足微创手术典型操作任务。(本文来源于《天津大学》期刊2017-05-01）
主从手术机器人论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
为提高基于内窥镜的腹腔微创手术机器人系统的手眼协调一致性,提出了一种主从控制方法.基于旋量理论建立从手系统的正逆运动学模型,基于运动模型提出内窥镜坐标系下的主从运动控制算法,该算法包含了运动的一致性控制、相对运动控制和比例运动控制.主手的腕部为被动方式(无电机驱动),不能在任意位置保持静止,在手术开始、中途中断或调节主手工作空间时,主手和从手姿态不能保持一致.为此,开展3种辅助功能实现研究,分别为主从姿态配准、手术器械更换和主从二次映射.最后进行了套环和穿线实验,这两组实验最大空间位置误差均小于1 mm,说明该算法可有效地提高手眼协调的一致性.
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
主从手术机器人论文参考文献
[1].代剑东.主从式手术机器人震颤滤除与振动抑制方法研究[D].哈尔滨工业大学.2019
[2].牛国君,曲翠翠,潘博,付宜利.腹腔微创手术机器人的主从控制[J].机器人.2019
[3].贠今天,左鹏.主从式微创手术机器人主手结构设计及运动学分析[J].天津工业大学学报.2019
[4].杨永飞.基于主从控制的眼科辅助手术机器人系统研究[D].哈尔滨工业大学.2019
[5].姜紫阳,代煜,张建勋,孙会娇.主从式手术机器人主手消抖方法[J].机器人.2019
[6].李政,王国慧,凌颢,张国凯,李炜.基于术中轨迹的微创手术机器人的主从映射比例评估[J].机械工程学报.2018
[7].益加福.具有力反馈的脊柱手术机器人主从控制研究[D].哈尔滨工业大学.2018
[8].刘海洋.血管介入手术机器人机构设计与主从控制研究[D].燕山大学.2018
[9].石运永.基于力反馈的微创手术机器人主从控制研究[D].上海交通大学.2017
[10].王建辰.变刚度单孔手术机器人系统设计方法及主从控制策略研究[D].天津大学.2017