辅助腹腔镜手术机器人结构设计与控制系统研究

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1、哈尔滨7r稗大学硕十学位论文摘要近年来，由于机器人技术、微机电系统技术、计算机图像技术等的迅速发展，已经出现了外科手术机器人(SurgicalRobot)，并研制开发辅助内镜手术机器人系统，来完成内镜操作甚至手术工具的操作。借助于机器人动作精确、工作可靠的优点，可使内镜手术更具安全性、准确性和便利性。鉴于其诱人的应用前景，辅助内镜手术机器人系统的研制开发己成为生物医学领域的一个热点研究课题。本文在分析腹腔镜手术的特点、技术要求和适用范围的基础上，确定了～种主被动式辅助腹腔镜手术机器人总体结构方案，并应用进行了机器人机械结构设计。建立了机器人机构运动学模型。应用D．H法对其进行了运动学

2、正、逆分析，并利用MATLAB进行了运动学仿真。确定了本机器人的一种主从结构的总体控制方案。分别设计了基于1MS320u2407ADSP的主机控制系统和基于ATmegal28L单片机的从机控制系统硬件电路，并开发了其控制程序。主机主要进行机器人系统逻辑控制和运动学计算，从机主要完成控制面盘的扫描和指示灯的显示功能，主从机之间通过RS232协议通讯。试制了辅助腹腔镜手术机器人样机，并结合样机进行了控制系统硬件电路板和控制软件调试。最后设计了一种较为直观的试验方法，对样机进行了跟踪固定轨迹的试验，并分析了样机系统误差来源和解决方法。实验表明，本机器人基本满足实际性能要求。关键词：手术机器

3、人；运动学分析；DSP处理器；AVR单片机哈尔滨1：群大学硕十学位论文AbstractThesurgicalrobottechnologyisthecollectionmedicine，biologicalmechanics，mechanics，themechanicalmechanics，thematerialstudy，thecomputergraphics，thecomputervision，themathematicalanalysis，therobotandsoonmanydisciplinesisanewoverlappingresearcharea，alreadybec

4、ameahotspotintheintemationalrobotresearcharea．Insurgicalrobotsystem，thelaparoscopicsurgicalrobotisoutstanding．‘Basedontheanalysisoflaparoscopesurgery’Scharacteristic，thespecificationandtheapplicablescope，anewassistantlaparoscopesurgicalrobotwasdesigned，anditsmechanicchartswereachieved，thentheco

5、ntrolsystemoftherobotwasfinished．Thekinematicsequationoftherobotisfounded，itssolutionincludereversesolutionareanalyzed．ByusingofMATLAB，thekinematicssimulationoftherobotwasfinished．Thesoftwareandhardwareoftherobotcontrolsystemweredesigned．ThenthemastercontrolcircuitwhichbasedonTMS320LF240DSPcont

6、rollerandtheslavecontrolcircuitwhichbasedonATmegal28Lchipwereachieved．AndCCSandAVRStudiodevelopmentenvironmentwasseparatelyusedtofinishthecontrolsoftware．Theprototypeoflaparoscopicsurgicalrobotwasmanufactured，thenthecontrolsystemhardwarecircuitwascarriedonandthecontrolsoftwarewasdebugged．Atlast

7、，amoredirect—viewingtestingmethodwhichtotrackfixedpathwasdesigned．Thetrackingaccuracywasanalyzedandthesolutionofimprovingtrackingaccuracywasget．Theresultofexperimentshowedthattherobotfulfilledtherequirementofthelaparoscopicsurgery