腹腔微创手术机器人主从操作远程控制技术研究.pdfVIP

Classified Index: TP242.6 U.D.C: 681.5 Dissertation for the Master Degree in Engineering STUDY ON REMOTE CONTROL TECHNOLOHY OF MASTER-SLAVE OPERATION FOR THE ABDOMINAL MINIMALLY INVASIVA SURGERY ROBOT Candidate： Hu Richa Supervisor： Prof. Wang Shuguo Academic Degree Applied for ： Master of Engineering Speciality： Mechanical and Electrical Engineering Affiliation ： School of Mechatronics Engineering Date of Defence ： June, 2011 Degree-Conferring-Institution ： Harbin Institute of Technology 摘 要 摘 要 随着机器人技术在医疗领域中应用越来越广泛，微创外科手术以其创伤 小、手术者痛苦小、而且术后恢复快等诸多优点在外科手术领域中得到应用 并迅速发展。腹腔微创机器人技术是将机器人技术与微创外科手术技术有效 的结和在一起，具有定位准确可以在腹腔环境内完成手术的优点，而且还有 效的减少了医生做手术的疲劳度，从而提高了手术的质量。 在腹腔微创手术过程中，医生坐在控制台前进行操作手术器械进行腹腔 微创手术时，对手术是否可以完成的影响因素有很多，其中主从操作的性能 对医生是否可以完成手术起着至关重要的作用。 本文主要通过研究以下几方面来实现腹腔微创手术机器人的主从操作： 硬件方面：为了满足腹腔微创手术机器人控制系统的图像处理的，高速 驱动以及精确运算的功能，本机器人采用高性能的工控机为平台，PCI 总线 方式通讯的多功能扩展卡的硬件结构； 软件方面：本文采用面向对象的方法，采用C#集成开发环境下编写机器 人的控制软件，具有符合人们的思维方法、易于软件的维护和功能的增减、 可重用性好以及与可视化技术相结合的优点，并且根据实际情况，增强控制 系统的软件的可操作性。 主从控制策略方面：根据机器人的模型建立D-H坐标系求出运动学的正 解和反解，选择适合于本机器人的混合控制方式来实现本机器人的主从控制。 最后通过主从操作实验验证本控制系统的主从操作性能，并为动物实验打下 坚实的基础。 在实现腹腔微创手术机器人的主从操作的前提下在原主从控制系统上进 一步加入远程控制部分，通过介绍Socket接口原理，并且根据其原理实现在 局域网内基于TCP/IP协议的远程控制的；最后分析在局域网内远程控制过程 中时延对控制系统的影响。 通过虚拟的仿真平台来验证基于局域网内的远程控制的主从跟随性能。 进行主从操作的动物实验，来验证整个控制系统的软件的操作以及控制算法 是否达到进行临床手术的要求。 关键词：微创手术；手术机器人；主从操作；远程控制 - I - Abstract Abstract With the appl