收藏本站
《哈尔滨工业大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

腹腔镜操作机器人研制及其关键技术研究

潘博  
【摘要】:随着机器人技术的发展及其应用领域的不断扩展,医疗机器人作为智能机器人的一个分支正逐步进入我们的生活,将机器人技术应用到现代医学领域,极大的推动了现代医疗技术的发展,是现代医疗卫生装备的发展方向之一。目前,医疗机器人技术及其装备正日益成为机器人领域的研究热点,受到了各国科研机构的广泛关注。 微创手术较传统手术具有创伤小、伤口愈合时间短、术后恢复快、病人住院时间明显缩短等优点,提高了患者的生命健康品质。而将机器人技术应用到微创手术当中具有提高微创手术质量,降低医生劳动强度等优点,被广大医师所日渐接受,因此需进一步研究微创手术机器人关键技术及其在微创手术中的应用。 本文针对“腹腔微创手术机器人系统研究”的国家“863”计划资助项目,在综述国内外关于微创手术机器人研究状况的基础上,深入研究微创手术机器人的相关理论和关键技术。综合利用精密机械、控制理论、传感技术等学科技术,研制开发出适用于微创手术环境的腹腔镜操作机器人,并对所涉及的腹腔镜操作机器人相关关键技术进行了深入研究。 本文首先研究腹腔镜操作机器人机械本体、硬件控制系统及软件控制系统。根据微创手术的应用环境,分析腹腔微创手术的作业需求,采用被动式腕部结构来实现腹腔镜绕插入点运动,最终确定7自由度冗余机械臂作为腹腔镜操作机器人构型。采用模块化设计方法简化机器人结构设计的复杂度,提高机器人的可维护性。研究基于运动控制卡开放式机器人控制器结构,设计机器人伺服系统及相应控制器硬件接口,采用面向对象技术和模块化思想开发了系统控制软件,介绍了控制软件的容错性设计。 其次研究微创条件约束下腹腔镜操作机器人运动学的分析方法。考虑由于手术切口处隔肌厚度和病人呼吸等因素的影响,很难通过测量的方法获取手术插入点的位置,利用腹腔镜运动学参数,应用空间向量几何关系计算腹腔镜插入点的位置。求解机器人正逆位置运动学,并采用矢量积法求解机器人速度正运动学,应用腹腔镜运动所满足微创条件约束给出机器人速度逆运动学。使医生获取了同开放式手术中相同的笛卡尔控制方式,为腹腔镜操作机器人运动规划及控制奠定了基础。 然后研究腹腔镜操作机器人的运动规划技术。在分析腹腔微创手术任务的基础上将机器人的操作规划为4种基本的动作,并分别讨论了实现4种动作的方法。在绕插入点运动中实时估计插入点的位置,提高了腹腔镜末端点的控制精度。在研究梯度投影法求解冗余度机器人运动学的基础上,结合位姿分解方法,提出了一种有效的7自由度冗余机器人运动学逆解求解方法。 再次研究腹腔镜操作机器人术前位置规划技术。微创手术中医生需要操作腹腔镜来观察病灶点的状况,因此腹腔镜末端能否到达相应的位置关系到手术能否顺利的进行。因此,给出一种基于距离梯度投影搜索方法的机器人基座位置规划方法,并结合腹腔镜操作机器人灵活度空间分布,提出腹腔镜操作机器人术前位置规划算法。 最后,采用面向对象的方法设计腹腔镜操作机器人虚拟仿真系统,对机器人术前位置规划算法和运动规划进行仿真。对建立的腹腔镜操作机器人系统进行运动控制实验研究,并进行实验数据分析,验证腹腔镜操作机器人相关理论的有效性,为该机器人的进一步应用奠定基础。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP242.6

手机知网App
【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 罗海风;微创外科手术机器人多构态末端工具设计及实现[D];天津大学;2012年
2 马如奇;微创腹腔外科手术机器人执行系统研制及其控制算法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 邢一思;虚拟手术仿真系统中碰撞检测的研究[D];南昌大学;2010年
2 李刚;面向微创腹腔外科手术的冗余自由度机械臂研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
3 赵凯;微创手术机器人远心定位机构设计与优化[D];哈尔滨工业大学;2013年
4 胡伯韬;腹腔手术机器人视觉系统的研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邢宏光,王利红,张玉茹;神经外科手术机器人灵活性分析[J];北京航空航天大学学报;2004年04期
2 唐粲,超贠,栾胜;一种新型医疗机器人运动学及灵活性分析[J];北京航空航天大学学报;2005年07期
3 陈仲生,杨拥民;面向对象设计在机电系统实时软件中的应用[J];工业控制计算机;2001年01期
4 孙立宁;张剑;杜志江;;一种基于图像导航的骨外科手术机器人系统[J];哈尔滨工程大学学报;2006年02期
5 丑武胜,王田苗;医用机器人与数字化医疗仪器设备的研究和发展[J];机器人技术与应用;2003年04期
6 丑武胜,王田苗;面向脑外科微创手术的医疗机器人系统[J];机器人技术与应用;2003年04期
7 杜志江,孙立宁,富历新;医疗机器人发展概况综述[J];机器人;2003年02期
8 孙立宁,杨东海,杜志江,张剑;遥操作正骨机器人虚拟手术仿真系统研究[J];机器人;2004年06期
9 唐粲,王田苗,丑武胜,贠超;脑外科机器人控制系统的设计和实现[J];机器人;2004年06期
10 王树新;丁杰男;贠今天;李群智;韩保平;;显微外科手术机器人——“妙手”系统的研究[J];机器人;2006年02期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王卫忠;可重构模块化机器人系统关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 汪雨萌;钱桦;谭月胜;周满平;;五自由度采摘机械臂运动学通用算法应用[J];安徽农业科学;2012年03期
2 彭生祥,李凯;多移动机器人编队行进中的行为分解[J];北京服装学院学报;2004年01期
3 陈志;汪先兵;王璕;刘丽;骆远福;;采用指数积的三自由度机器人运动学方程[J];兵工自动化;2006年05期
4 翟大庆;;气轮机叶片未知曲面的机器人自动搜寻技术[J];兵工自动化;2006年09期
5 张新予;匡以顺;;多自由度墙体喷涂机器人机构设计[J];兵工自动化;2009年06期
6 富宏亚;邵忠喜;路华;刘源;;七自由度纤维铺放机后置处理算法及比较[J];兵工学报;2010年06期
7 陈志翔,黄勇,卢振洋,殷树言;弧焊机器人系统的运动学求解[J];北京工业大学学报;2002年03期
8 刘相术;杨庆东;;基于VC的液下搅拌机器人控制软件的开发[J];北京机械工业学院学报;2006年01期
9 宁萌;郝静如;孙江宏;;一种新型稳定平台的运动学和工作空间分析[J];北京信息科技大学学报(自然科学版);2011年01期
10 袁海斌,李运华,杨丽曼;基于Agent的工程车辆综合控制与管理的研究[J];北京航空航天大学学报;2004年08期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 崔博文;陈剑;陈心昭;;工业机器人在噪声测量上的应用研究?[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
2 杨锡运;刘欣然;;风力发电机组的桨距角滑模变结构控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
3 曾庆军;王捍兵;徐晶晶;;基于软组织环境的遥操作机器人系统预测控制研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
4 方浩;李路;贾睿;窦丽华;;考虑地面影响因素的轮式机器人轨线跟踪控制联合仿真[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
5 杨锡运;刘欣然;;积分模糊滑模控制在变速风力发电机组中的应用[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
6 张豫南;王双双;张健;宋杰;;基于虚拟样机的全方位移动平台运动控制研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
7 曾庆军;刘海霞;陈孝凯;;遥操作机器人系统H_∞鲁棒控制器设计与实验研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
8 徐德;景奉水;谭民;;基于Linux操作系统的开放式工业机器人实时控制研究[A];钱学森科学贡献暨学术思想研讨会论文集[C];2001年
9 林晓鹰;;摩托车自动焊接生产系统仿真[A];福建省科协第五届学术年会数字化制造及其它先进制造技术专题学术年会论文集[C];2005年
10 臧庆凯;李春贵;闫向磊;;基于MATLAB的PUMA560机器人运动仿真研究[A];广西计算机学会2010年学术年会论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 董九志;带有主被动关节的辅助腹腔镜手术机器人研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 吴健荣;蒸汽发生器检修机器人样机研制及其关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 孙建;基于外骨骼机器人技术的人体手臂震颤抑制关键技术研究[D];中国科学技术大学;2010年
4 张娜;面向脊柱微创手术机器人的图像处理与虚拟现实技术研究[D];南开大学;2010年
5 周巍;煤矿井下搜救探测机器人的路径规划及轨迹跟踪控制研究[D];太原理工大学;2011年
6 白殿春;下肢康复训练机器人控制策略与康复评价方法研究[D];沈阳工业大学;2011年
7 唐志国;机械臂操作柔性负载系统分布参数建模与控制方法研究[D];吉林大学;2011年
8 李大奇;叶片双面磨抛系统及路径规划研究[D];吉林大学;2011年
9 李正义;机器人与环境间力/位置控制技术研究与应用[D];华中科技大学;2011年
10 夏益民;基于传感器信息融合的移动机器人定位与地图创建研究[D];广东工业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 汪步云;水下作业机械手抓取力伺服控制的研究[D];安徽工程大学;2010年
2 户燕会;工业机器人的工作空间和误差补偿的分析与仿真[D];河南理工大学;2010年
3 雷云云;基于被动式四足机器人的运动学及动力学分析[D];山东科技大学;2010年
4 詹峰;井下煤仓清仓机器人机械臂结构设计与新型清仓技术研究[D];山东科技大学;2010年
5 郑灿东;输电线路除冰机器人控制系统的研究[D];山东科技大学;2010年
6 梁春辉;拟人灵巧手的设计及其工作空间研究[D];浙江理工大学;2010年
7 王立;面向非结构化地形的六足步行机器人运动规划研究[D];浙江理工大学;2010年
8 耿东山;基于蚁群算法的机器人全局路径规划[D];郑州大学;2010年
9 娄玉冰;基于“最优激励轨迹”的工业机器人动力学参数辨识研究[D];郑州大学;2010年
10 赵进科;正交三自由度并联机构动力学分析[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘渊;贾渊;姚博;刘薇;;一种改进的AABB包围盒树更新算法[J];兵工自动化;2008年12期
2 贾庆轩,战强,孙汉旭;双冗余度机器人的避碰运动规划方法研究[J];北京航空航天大学学报;2004年04期
3 边宇枢,陆震;柔性机器人动力学建模的一种方法[J];北京航空航天大学学报;1999年04期
4 杜志江,孙立宁,富历新;机器人辅助医疗技术的新进展[J];高技术通讯;2003年06期
5 孙立宁;张剑;杜志江;;一种基于图像导航的骨外科手术机器人系统[J];哈尔滨工程大学学报;2006年02期
6 刘伊威,刘宏,姜力,金明河,魏然;基于机电一体化的机器人灵巧手手指的研制[J];哈尔滨工业大学学报;2005年08期
7 谢宗武;孙奎;刘宏;;扩展雅克比方法的冗余度机器人逆运动学应用[J];哈尔滨工业大学学报;2009年05期
8 战强,何延辉,陈明;基于合作的冗余度双臂机器人的避碰研究(英文)[J];Chinese Journal of Aeronautics;2003年02期
9 邵兵,孙立宁,杜志江;机器人辅助微创外科手术系统的研究现状及关键技术分析[J];黑龙江大学自然科学学报;2005年01期
10 葛连正;陈健;李瑞峰;;移动机器人的仿人双臂运动学研究[J];华中科技大学学报(自然科学版);2011年S2期
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 张娜;面向脊柱微创手术机器人的图像处理与虚拟现实技术研究[D];南开大学;2010年
2 张克涛;变胞并联机构的结构设计方法与运动特性研究[D];北京交通大学;2010年
3 桑宏强;基于模型的微创手术机器人力检测技术研究[D];天津大学;2011年
4 魏迎梅;虚拟环境中碰撞检测问题的研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2000年
5 洪林;并联机器人精度分析与综合研究[D];天津大学;2004年
6 金汉均;虚拟环境中物体碰撞检测算法研究[D];华中科技大学;2006年
7 李群智;面向喉部微创外科手术的机器人系统设计与实验研究[D];天津大学;2007年
8 丁杰男;具有缝合功能的喉部微创手术机器人系统设计及实现[D];天津大学;2008年
9 王宝珍;肌肉类软组织动态力学性能研究[D];中国科学技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李建波;变形体的碰撞检测算法研究[D];青岛大学;2005年
2 许天春;面向支撑喉镜手术的虚拟仿真系统研究[D];天津大学;2006年
3 颜舟林;基于概率计算的变形物体碰撞检测技术研究[D];吉林大学;2007年
4 王晓荣;基于AABB包围盒的碰撞检测算法的研究[D];华中师范大学;2007年
5 涂炜旻;虚拟手术中碰撞检测技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
6 吴强;基于OBB碰撞检测及其算法改进研究[D];郑州大学;2007年
7 范晓磊;混合包围盒碰撞检测算法研究[D];青岛大学;2007年
8 梁小红;虚拟环境中可变形体碰撞检测算法研究[D];中南大学;2007年
9 朱元峰;可变体的实时碰撞检测方法的研究与应用[D];大连理工大学;2007年
10 许高峰;变分层次包围体的构建及其在碰撞检测中的应用[D];浙江大学;2007年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 于德海;虚拟手术系统中力反馈技术的设计与实现[D];山东大学;2013年
2 邱雪芹;机器人微创手术器械研制及手术操作性能分析[D];哈尔滨工业大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王田苗,邹丹,陈殿生;可重构履带机器人的机构设计与控制方法实现[J];北京航空航天大学学报;2005年07期
2 赵占芳,张启先;冗余自由度机器人的运动学优化研究[J];北京理工大学学报;1995年04期
3 李树军,张艳丽,赵明扬;可重构模块化机器人模块及构形设计[J];东北大学学报;2004年01期
4 杨明;徐殿国;贵献国;;控制系统Anti-Windup设计综述[J];电机与控制学报;2006年06期
5 费燕琼,况迎辉,赵锡芳,徐卫良;可装配的模块机器人动力学的自动生成[J];东南大学学报(自然科学版);2000年02期
6 刘成良,张为公,翟羽健;RV12L 6R 焊接机器人运动学正解及计算机仿真系统[J];东南大学学报;1998年05期
7 吕洪波,王田苗,刘达,胡磊,唐泽圣,申皓,田增民;基于虚拟现实技术的机器人外科手术模拟与培训系统研究[J];高技术通讯;2001年11期
8 杜志江,孙立宁,富历新;机器人辅助医疗技术的新进展[J];高技术通讯;2003年06期
9 陈梦东,王田苗,张启先;医疗外科机器人系统的研究和发展[J];国外医学.生物医学工程分册;1998年04期
10 高尚;求解旅行商问题的模拟退火算法[J];华东船舶工业学院学报(自然科学版);2003年03期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 魏航信;刘明治;;仿人型跑步机器人矢状面起跳运动的实现[J];机械设计与研究;2006年03期
2 周虹;;机器臂控制系统设计[J];微计算机信息;2010年28期
3 丑武胜,王田苗;面向脑外科微创手术的医疗机器人系统[J];机器人技术与应用;2003年04期
4 徐兆红;宋成利;闫士举;;机器人在微创外科手术中的应用[J];中国组织工程研究与临床康复;2011年35期
5 李旭,李光,乐艳飞,汪乐,胡又佳;医疗机器人研究的最新进展[J];机器人技术与应用;2003年04期
6 吴忻生,郭丙华,胡跃明;基于传感器的非完整移动机器人运动规划[J];控制理论与应用;2002年06期
7 唐华斌,王磊,孙增圻;基于随机采样的运动规划综述[J];控制与决策;2005年07期
8 龚德良;;机器人运动规划中的姿态建模方法研究[J];湘南学院学报;2008年05期
9 曾华;刘正权;;BP神经网络控制的多机器人运动规划[J];恩施职业技术学院学报(综合版);2004年03期
10 王艳红,孙茂相;移动机器人规划中的人机交互系统[J];沈阳工业大学学报;1997年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 ;举办全国骨科微创手术与康复新项目、新技术加盟临床进修班通知[A];第五届整脊医学学术会议论文集[C];2009年
2 胡勇;徐荣明;阮永平;马维虎;;经皮椎弓根技术治疗胸腰椎骨折临床探讨[A];浙江省中西医结合学会骨伤科专业委员会第十二次学术年会、杭州市中医药协会骨伤科专业委员会第一次学术年会暨继续教育学习班论文汇编[C];2006年
3 刘春雨;;颅内血肿行微创手术的康复护理体会[A];甘肃省中医药学会2008年学术年会论文集[C];2008年
4 郑春鹏;傅俊惠;李卓毅;;胸腔镜联合腹腔镜切除食管癌应用体会[A];中国第九届全国食管癌学术会议论文集[C];2009年
5 薛宗修;;微创手术简介[A];首届中国骨伤界名医论坛论文集[C];2005年
6 卞玉;;引流袋应用于脑部微创手术后的护理体会[A];全国外科、神经内外科护理学术交流暨专题讲座会议论文汇编[C];2006年
7 ;血管里的静脉曲张微创手术EVLT——创新安全的术式[A];全国第六届骨科微创手术与多种针刀手术学术会议论文集[C];2008年
8 杜靖远;吴宏斌;李进;刘建湘;迮仁浩;杨述华;;骨科微创手术的现状和展望[A];泛长江流域骨科新进展暨第九届全国骨科护理研讨会论文汇编[C];2007年
9 马文熙;谭谦;周宏礽;邵立;徐宇红;林蔚茜;;金属丝手术刀皮下切割治疗眉间纹鼻唇沟纹并发症的防治[A];美丽人生 和谐世界——中华医学会第七次全国医学美学与美容学术年会、中华医学会医学美学与美容学分会20周年庆典暨第三届两岸四地美容医学学术论坛论文汇编[C];2010年
10 康德智;林章雅;余良宏;林元相;陈佳;;脑肿瘤立体定向靶向微创手术的临床应用[A];中国生物医学工程学会第六次会员代表大会暨学术会议论文摘要汇编[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报特约记者 程守勤;微创手术安全有效[N];健康时报;2005年
2 黄爱群;应用范围广阔的微创手术[N];医药经济报;2002年
3 宋逸军;微创手术,创下四大神奇[N];浙江日报;2004年
4 曹先锋;一年做微创手术800多例[N];兰州日报;2006年
5 侯敬祎 刘奇 记者 周芳;微创手术的又一次飞跃[N];吉林日报;2009年
6 黄每裕;我国微创手术向纵深发展[N];中国医药报;2000年
7 本报记者 王彩丽 实习生 袁琳;微创手术解患者难题[N];卫生与生活报;2007年
8 上海市第五人民医院泌尿外科 何家扬;治前列腺增生怎样省钱[N];健康时报;2008年
9 本报记者  李成林;楚雄州人民医院妇科微创手术迈上新台阶[N];楚雄日报(汉);2005年
10 特约记者 吴叶青;微创手术取胆管结石手术费用下降三分之一[N];卫生与生活报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 潘博;腹腔镜操作机器人研制及其关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
2 史先鹏;模块化移动机械臂运动规划与控制[D];华东理工大学;2010年
3 廖一寰;空间自由漂浮机械臂系统的运动规划方法研究[D];国防科学技术大学;2011年
4 王平;空间自主在轨服务航天器近距离操作运动规划研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 吴燕华;光镊在生物细胞自动化操作中的力学标定和运动规划[D];中国科学技术大学;2011年
6 张娜;面向脊柱微创手术机器人的图像处理与虚拟现实技术研究[D];南开大学;2010年
7 张波涛;移动机械臂运动规划算法及其应用研究[D];华东理工大学;2012年
8 冯美;腹腔微创手术机器人系统关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
9 王文利;大射电望远望悬索式馈源支撑系统的运动规划、动态检测与控制[D];西安电子科技大学;2001年
10 滕儒民;高空作业车臂架系统快速设计及其运动规划研究[D];大连理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 修雯雯;经皮穿刺手术辅助机器人系统研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
2 王光彬;复杂环境下无约束运动体多目标运动规划与轨迹控制研究[D];吉林大学;2011年
3 王加朋;移动式工业机器人运动规划研究[D];华南理工大学;2012年
4 林冠楠;移动机械臂跟踪控制与运动规划研究[D];上海交通大学;2012年
5 喻大发;Adroit助餐机器人结构设计及运动规划研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
6 彭生全;水下机器人—机械手系统运动规划与控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
7 李钧;仿人机器人视觉系统及射门运动规划系统研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
8 刘潇;腹胸腔微创手术机器人远心机构设计分析与阻力补偿研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
9 俎中良;疏散星团系统运动学参数的最大似然估值[D];中国科学院研究生院(上海天文台);2004年
10 谢琦;腹腔微创手术机器人主从控制研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026