导读:本文包含了腹腔微创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:微创手术机器人,主从控制,旋量理论,运动控制
腹腔微创手术机器人论文文献综述
牛国君,曲翠翠,潘博,付宜利[1]（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）
刘建慧,涂远洋,姚威,张璐[2]（2019）在《新型微创腹腔手术机器人工作空间分析》一文中研究指出随着微创"无疤痕"理念逐渐地深入人心,患者在对待腹腔手术上有了更高的要求,而经脐单孔腹腔镜手术(SILS)由于能够满足体表无疤痕的需求,受到了更多的青睐,因此服务于SILS的手术机器人也成为了研究的热点。基于对一种新型微创腹腔手术机器人进行初步的运动工作空间研究,为该手术机器人逐步地走向成熟提供技术支撑与理论基础;通过对该机器人的工作空间主要影响机构环形平台与Stewart平台的分析与研究,模拟生成该手术机器人的工作空间范围,并与常见的微创腹腔手术所需工作空间的对比分析,验证了该手术机器人在常见腹腔微创手术中的适用性。(本文来源于《机械设计与研究》期刊2019年02期）
艾跃[3]（2019）在《腹腔微创手术机器人控制系统关键技术研究》一文中研究指出微创手术机器人是机器人技术应用到微创外科手术中的创新进展,该领域是集医学、机械学、材料学、控制学、计算机图形学等诸多学科为一体的新型交叉研究领域,具有重要的研究价值和广阔的应用前景。与传统微创手术相比,采用机器人辅助微创手术一方面可以借助于机器人技术解决传统微创手术中手眼不协调、手术器械灵活性低、医生操作易疲劳等问题,提高医生进行微创手术的舒适度;另一方面,医生基于主从方式控制机械臂进行手术操作,既可以发挥医生的手术经验,同时也提高了手术的安全性。对于腹腔微创手术机器人,其控制系统直接影响着操作者的体验和手术质量,研究其控制系统及控制方法有着至关重要的意义。针对实验室自主研发的“华鹊II”腹腔微创手术机器人,对其主从控制的直觉性、精确性、安全性等关键技术进行研究,并搭建实验平台进行性能验证。通过分析腹腔微创手术机器人的性能需求和使用特点,对其控制系统的构成与实现进行设计。根据不同控制系统的结构特点,确定采用分布式运算与I/O连接的主从式控制结构。同时,为了提高实时性,设计以QNX实时操作系统为核心的控制系统。对QNX系统进行配置,同时采用多线程编程技术进行功能层级划分、设置同步机制、优先级选择、调度方式选择等操作,实现主从控制功能,并对控制系统响应时间进行验证。对腹腔微创手术机器人实现直觉的主从控制问题进行研究。根据“华鹊II”的结构特点和控制方式,建立了主从空间运动一致性映射关系,提出基于位姿分离的增量式持械臂和持镜臂主从直觉性控制算法。应用该算法实现医生手眼协调的主从操作。此外,提出一种基于单目视觉的分体式持镜臂与持械臂间相对姿态测量方法,以此来获得它们之间的姿态关系。为了对腹腔微创手术机器人进行精准定位控制,提出一种基于扩展卡尔曼滤波和人工神经网络的误差标定方法。建立距离误差模型,并剔除运动学冗余参数误差,利用卡尔曼滤波实现对几何参数误差的标定。然后利用BP神经网络方法建立机械臂关节角与残余位置误差的非线性关系,通过辨识出的几何参数和训练好的神经网络补偿末端位置误差,实现精准定位控制,从而提高主从跟踪精度。针对手术器械的更换和主从初始姿态的匹配问题,提出一种基于分步式的器械关节复位和主从初始姿态匹配控制策略,以约束器械进行相应操作时末端位置不发生变化,避免对组织等造成意外伤害;同时,还提出一种基于力觉虚拟夹具的器械运动约束方法。利用该方法,操作者可以设置不同形状的安全路径或保护区域。一旦器械偏离路径或进入保护区域,虚拟夹具就会生成反馈力来阻止或引导操作者,直到器械退回到设定的运动范围,以此提高系统的安全性。基于提出的方法设计一套完整的控制系统,并将其应用到“华鹊II”腹腔腹腔微创手术机器人系统中。验证控制系统响应时间、主从直觉性控制策略的有效性、基于虚拟夹具主从控制的有效性。此外,在误差标定与补偿后,对腹腔微创手术机器人主从跟踪性能进行验证。最后,进行活体动物试验,对整个控制系统的实时性、主从操作的直觉性、精确性和安全性进行了验证。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2019-03-01）
仲杰[4]（2018）在《腹腔微创手术机器人远心机构设计及其视觉伺服控制》一文中研究指出近年来,随着机器人技术的飞速发展,机器人已经开始在微创手术领域得到应用。由机器人辅助的微创手术,不仅可以提高手术的操作精度,使之前无法实施的手术有了实施的可能,还可以减少因人为因素造成的手术失败的风险,减轻医生的体力劳动,加快患者康复的速度。目前针对机器人辅助腹腔微创手术,各大研究机构均有较多的研究和成果。在微创手术机器人系统中,机器人需要具备夹持内窥镜、手术钳等手术器械并将它们的摆动支点定位在手术切口的功能,而远心机构便可以很好地实现这一功能。本文便是在这一需求下对远心机构进行了研究。本文首先设计了远心机构的结构。设计基于实际的腹腔微创手术要求,为了增大远心机构的运动空间而不使机构本身占用的空间过大,本文在查阅了目前常见的远心机构的构型后,选择了一种弧形结构进行改进,实现了行程倍增的效果,这种结构较之于目前现有的结构有所创新。之后使用3D建模软件进行了整体机构的叁维建模。本文对所设计的远心机构进行了运动学和力学分析。在运动学分析中,本文采用D-H法,建立了机构的关节坐标系,得出关节的D-H参数后推导出了正向运动学的变换矩阵以及仿真了机构的工作空间范围,另外计算了运动学反解,并使用虚功原理分析了机构摆动关节的静力学。在远心机构的控制方面,本文采用了基于图像和机器人运动学的无标定视觉伺服控制方法。首先建立整体基于运动学的视觉伺服控制方案,之后根据无标定相机参数的不确定性,设计了用于估计相机参数的自适应算法,并使用李雅普诺夫函数验证了稳定性,在得到估计的透射投影变换矩阵之后进行图像雅克比矩阵的计算和视觉伺服控制器的设计,并使用李雅普诺夫函数验证了闭环系统的稳定性。最后,本文通过实验研究进行了远心机构实物样机的功能测试和视觉伺服控制,验证了控制算法的稳定性和实用性。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2018-06-01）
牛国君[5]（2017）在《腹腔微创手术机器人系统从手机构与控制的研究》一文中研究指出微创手术具有创伤小、疼痛轻、康复快、住院时间短和术后并发症少等优点,因此在国内外得到广泛地应用。但传统微创手术存在以下问题:手术器械在切口处的“杠杆”作用使得医生操作的手眼协调性差、手术器械操作的灵活性低、医生长时间操作手术器械易疲劳、医生手部震颤在手术器械末端被放大,无法完成精细手术操作。机器人技术与微创手术相结合可以改善手术环境,提高手术质量。因此本文开展腹腔微创手术机器人系统从手机构与控制的研究。开展腹腔微创手术机器人远心机构综合分析。提出一种两自由度完全解耦和各向同性的腹腔微创手术机器人并联远心机构,建立该机构运动学模型,进行解耦性、各向同性、奇异性、紧凑性和工作空间分析。提出一种便于模块化设计的腹腔微创手术机器人串联远心机构,建立该机构运动学模型。研究机构参数与机构性能指标和约束条件关系。将改进全局运动学性能指标、紧凑性能指标、改进全局综合刚度性能指标和改进全局动力学性能指标作为优化目标函数,以工作空间、机构参数和机构质量为约束条件,应用NSGA-Ⅱ算法进行多目标优化。通过综合对比选择串联远心机构用于腹腔微创手术机器人样机研制。开展腹腔微创手术机器人从手机械本体研究。为提高串联远心机构刚度、降低远心机构碰撞机率以及为具体结构设计提供指导,将串联远心机构参数和连杆结构参数作为优化变量,选用全局运动学性能指标和全局综合刚度性能指标作为优化目标,应用NSGA-Ⅱ算法进行多目标优化。根据优化结果进行腹腔微创手术机器人从手样机设计。从手样机设计包括被动臂设计、远心机构设计和手术器械设计。在远心机构设计中提出一种机械解耦方法,即叁段式平台设计,去除远心机构的平台直线运动与手术器械驱动之间的运动耦合。在手术器械设计中提出一种机械解耦方法,即中空走线设计,去除手术器械腕部和小爪之间的运动耦合。最后对微创手术机器人进行安全性设计。开展腹腔微创手术机器人关节非线性PID控制研究。基于拉格朗日方法建立微创手术机器人动力学模型并仿真验证该模型正确性。为提高腹腔微创手术机器人关节控制的稳定性和精度,提出含有新型饱和函数定义两种非线性PID控制律。并分析控制律的全局渐进稳定条件。将位置误差绝对值积分和输出力矩误差的绝对值对时间积分作为优化目标,以全局渐进稳定性条件和电机额定输出力矩为约束条件,应用NSGA-Ⅱ算法进行优化。优化结果表明含有新型饱和函数的非线性PID控制律位置误差要小于含有普通饱和函数的PID控制律误差。研究两种非线性PID控制律对模型不确定性、干扰和噪声的鲁棒性,最后选择鲁棒性最好的非线性PID控制律进行实验验证。开展腹腔微创手术机器人主从控制研究。基于旋量理论建立持镜臂和持械臂运动学模型并仿真验证模型正确性。基于运动学模型推导腹腔微创手术机器人主从控制算法,该算法包含一致性运动控制、相对运动控制和比例运动控制。针对运动一致性控制,推导腹腔镜下持镜臂运动控制算法以及腹腔镜下持械臂运动控制算法,并仿真验证算法有效性。研究主从姿态配准功能、术中手术器械更换功能和主从二次映射功能实现算法,仿真验证算法有效性。开展腹腔微创手术机器人系统集成与实验研究。在完成整套腹腔微创手术机器人系统集成基础上,进行微创手术机器人远心点运动性能以及机器人绝对定位精度和重复定位精度测试实验,实验结果验证上述设计有效性。进行解耦运动性能测试实验,实验结果验证两种机械解耦方法有效性。进行非线性PID控制算法实验验证,实验结果验证算法有效性。进行轨迹跟踪、套环和穿线实验,实验结果验证主从控制算法有效性。进行猪胆囊摘除和肾摘除实验,成功地将猪的胆囊和肾切除验证整套系统有效性。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2017-03-01）
谷庆[6]（2017）在《微创腹腔手术机器人持镜臂控制系统设计》一文中研究指出随着机器人技术的不断发展和医疗科学的持续进步,各式各样的手术机器人正在被提出并在手术操作中得到应用。机器人辅助外科手术具有术时创伤小、可靠性高、术后恢复快等优点。但目前外科手术机器人的持镜臂与器械臂系统通常是分别独立设计,费时费力,为此本文面向实验室在研的微创腹腔镜手术机器人,设计一款通用性好、操作简单、易于执行的微创腹腔手术持镜臂控制系统。针对持镜臂的结构及功能应用,为各关节选择合适的电器元件,并根据手术机器人系统的要求选择CAN总线通讯,设计基于“工控机+驱动器”上下位机结合的硬件控制系统方案,选择合适的控制硬件;同时为实验操作方便及保护硬件,搭建持镜臂系统控制柜。根据持镜臂的构型特点,基于旋量法建立运动学坐标系,推导正、逆运动学模型,通过SimMechanics和Simulink模块分别搭建持镜臂机构模型和运动学模型,对比末端输出结果和输入、输出误差,验证运动学模型的正确性。为使持镜臂能够按预期轨迹平稳运动,对持镜臂末端运动在笛卡尔空间进行直线和圆弧插值轨迹规划,对各联动主动关节运动在关节空间进行五次多项式插值轨迹规划,并通过使用Matlab软件进行仿真实验验证。针对持镜臂软件控制系统的功能要求,使用CME 2软件对驱动器和电机参数进行配置,为伺服系统功能的实现及后续程序编写做前期准备;安装调用CMO组件,CAN卡驱动和各数据采集卡的LabVIEW驱动,搭建控制系统软件的开发环境;在LabVIEW开发环境下编写程序,设计人机交互界面,实现持镜臂系统数据采集功能和关节运动控制。结合手术中对持镜臂系统的要求,搭建并调试持镜臂系统实验平台;测量被动旋转关节的运动范围,验证了持镜臂术前摆位能力;测量各主动关节的运动范围和运动补偿前后的正、反向误差,得知反向误差是机构的主要误差来源且经过运动补偿后的运动误差能够满足要求;通过使用Matlab软件对比两种运动方法的理论轨迹,验证了选择PVT模式进行多关节联动控制的合理性,对比采用PVT模式进行多关节联动控制的实际末端轨迹与理想末端轨迹,验证了软件程序的可行性及持镜臂末端位置控制的准确度;对于持镜臂机构不动点是否真实存在进行了实验验证。(本文来源于《哈尔滨工程大学》期刊2017-01-01）
张莎[7]（2016）在《重庆造胸腹腔微创手术机器人即将进入临床实验》一文中研究指出本报讯 （ 张莎）微创手术机器人被业界公认为医疗器械领域制造技术最复杂、综合性要求最高、造价最昂贵的设备，代表医疗器械最高技术水平。9月22日从位于渝北区创新经济走廊的重庆金山科技（集团）有限公司（以下简称“金山科技”）获悉，该公司自主研发的胸腹(本文来源于《重庆日报》期刊2016-09-23）
董光友[8]（2016）在《腹腔微创手术机器人机械臂的设计及研究》一文中研究指出近年来,机器人辅助微创手术技术的运用扩展了术式类别,在一定程度上提高了手术操作的精度和灵活度,因此引起了广泛关注以及研究。其中应用于传统微创手术中来替代助手工作的机器人手术模式,集成了传统微手术和机器人技术的优点,容易被医生所接受,适合在医院推广,同时降低了医疗成本。因此,在吉林省科技厅重点项目“辅助胸腹腔微创手术的新型机器人系统研究”支持下,开发一种新型腹腔微创手术机器人代替助手把持内窥镜和辅助组织牵拉。本文着重对新型腹腔微创手术机器人的机械臂进行了相关研究。根据腹腔微创手术的特点以及新型微创手术机器人实现的功能特点,研制了新型手术机器人的持镜臂,包括定位机构和夹持内窥镜的远心机构详细设计;将牵拉执行器和夹持内窥镜的远心机构合理布置在持镜臂上,得出手术机器人机械臂的整体构型。利用序列二次规划算法对机械臂进行臂长优化,得出机械臂各个杆件的合理尺寸。同时理论计算了远心机构转动关节的驱动力矩,选择匹配的电机型号。结合手术机器人机械臂构型,运用D-H法对持镜机械臂做运动学分析,得出运动方程的正解;然后利用逆矩阵相乘的方法求得逆解;同时建立机械臂的雅可比矩阵,为控制做好准备。运用ADAMS仿真软件对远心机构的姿态调整和远心运动进行仿真分析,验证远心机构姿态调整运动的平稳性以及远心运动的定心性,同时得出远心机构转动关节的驱动力矩,与理论计算力矩相比较,确定电机选型的合理性。在ANSYS中,对手术机器人机械臂的主要组成部分进行了静力分析,校核了强度。搭建新型手术机器人机械臂的实验平台,对手术机器人机械臂的定位旋转关节的连续转动、可靠锁紧性能、机械臂摆位能力以及远心机构的姿态调整、定心效果进行实验,验证设计的手术机器人机械臂能否满足手术功能要求。(本文来源于《吉林大学》期刊2016-05-01）
方刚,周航飞,付庄[9]（2016）在《迭加式关节腹腔微创手术机器人设计》一文中研究指出针对腹腔微创手术,设计了一种包含迭加式关节的腹腔手术机器人。手术机械臂共有四个关节,前两个关节为迭加式关节,后两个关节为旋转式关节,具有足够的灵活性和工作空间来满足手术工作的需求。机械臂结构紧凑,各关节均采用了绳索驱动的方式。对机械臂的运动学和工作空间进行了分析,并对机械臂进行了运动轨迹仿真。该机器人基本满足腹腔微创手术的要求,且创口直径仅20mm左右,分析计算进一步验证了该设计方案的合理性和可行性。(本文来源于《机电一体化》期刊2016年03期）
庄忠平[10]（2016）在《微创腹腔手术机器人持镜臂性能分析及优化设计》一文中研究指出随着机器人技术的不断发展和医疗科学的持续进步,形式多样化的手术机器人正在被提出并且在手术操作中得到应用。利用腹腔手术机器人辅助医生手术,相对于传统方式,具有手术时间短、可靠性高、创口小等优点,故针对该款机器人的机构性能进行分析和优化具有重要的实际意义。通过深入分析腹腔镜外科手术机器人的结构特点和使用方式,提出了一套用于腹腔镜手术机器人持镜臂的机构仿真和优化方案。避免因保守设计而导致的结构冗余、运动学及动力学性能达不到最优。为结构设计提供理论依据,使手术机器人机构性能变优,质量变轻,达到“瘦身”的效果。根据手术机器人被动关节的功能特点,提出了被动关节运动学雅可比矩阵条件数平均数及其波动值耦合指标,并对该目标性能数学建模,利用Matlab软件分析每个杆长对目标性能的影响,使用枚举法对杆长进行优化,对比优化前后各项参数的变化,使手术机器人术前摆位更灵活,并为后续主动关节的优化提供理论依据。利用拉格朗日法对腹腔手术机器人主动关节进行动力学建模,并通过仿真验证了数学模型的正确性,为以后的控制等工作提供了理论依据。利用Adams对主动关节参数化建模,以上一章运动学优化提供的理论数据为约束,提出驱动力矩最大值和铰点受力最大值的加权耦合指标。分析各设计变量对目标性能的影响,找到影响系数较高的参数并对其优化。对比优化前后各项性能及变量的变化,使驱动力矩值整体减小,突变程度降低,铰点受力变小,并为后续的小臂关节结构轻量化设计提供理论数据。借助有限元仿真软件Ansys/workbench软件对整个手术机器人持镜臂进行静力学分析、振动模态分析和关键零部件的疲劳分析,得到各个零件的强度分布及可优化空间。以上两章运动学、动力学性能优化后的被动关节杆长值和主动关节提供的载荷为依据,对被动关节进行毛坯设计及结构拓扑。依照最优受力结构对小臂进行参数化建模,以最大应力、变形和振动频率为约束对其进行轻量化设计,使被动关节小臂受力分布均匀,变形误差减小,质量变轻。(本文来源于《哈尔滨工程大学》期刊2016-01-01）
腹腔微创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：
随着微创"无疤痕"理念逐渐地深入人心,患者在对待腹腔手术上有了更高的要求,而经脐单孔腹腔镜手术(SILS)由于能够满足体表无疤痕的需求,受到了更多的青睐,因此服务于SILS的手术机器人也成为了研究的热点。基于对一种新型微创腹腔手术机器人进行初步的运动工作空间研究,为该手术机器人逐步地走向成熟提供技术支撑与理论基础;通过对该机器人的工作空间主要影响机构环形平台与Stewart平台的分析与研究,模拟生成该手术机器人的工作空间范围,并与常见的微创腹腔手术所需工作空间的对比分析,验证了该手术机器人在常见腹腔微创手术中的适用性。
（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。
腹腔微创手术机器人论文参考文献
[1].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
[2].刘建慧,涂远洋,姚威,张璐.新型微创腹腔手术机器人工作空间分析[J].机械设计与研究.2019
[3].艾跃.腹腔微创手术机器人控制系统关键技术研究[D].哈尔滨工业大学.2019
[4].仲杰.腹腔微创手术机器人远心机构设计及其视觉伺服控制[D].哈尔滨工业大学.2018
[5].牛国君.腹腔微创手术机器人系统从手机构与控制的研究[D].哈尔滨工业大学.2017
[6].谷庆.微创腹腔手术机器人持镜臂控制系统设计[D].哈尔滨工程大学.2017
[7].张莎.重庆造胸腹腔微创手术机器人即将进入临床实验[N].重庆日报.2016
[8].董光友.腹腔微创手术机器人机械臂的设计及研究[D].吉林大学.2016
[9].方刚,周航飞,付庄.迭加式关节腹腔微创手术机器人设计[J].机电一体化.2016
[10].庄忠平.微创腹腔手术机器人持镜臂性能分析及优化设计[D].哈尔滨工程大学.2016