微创手术机器人仿真方法研究

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1、?矿≮名％微创手术机器人仿真方法研究TheSimulationMethodofMinimallylnvasiveSurger3RobotlnvasiveSurgeryRoDot领域筮i生工程研究生蒸赫指导教师：：韭加夏企业导师挂些富天津大学软件学院2010年4月【0●■■I，，』o}t-独创性声明!』!IrlrfIJIriiiIJillllllliJIllIIIrlllPlIFY1874221本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他入已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得云塞太堂或其他教育机构的

2、学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：‘磊描签字日期：土口／J年，月J?日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解．苤鞑竺有关保留、使用学位论文的规定。特授权苤遑太雯可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：芬筑签字日期：幻，口年，月土P日跏虢弋长南“签字日期：弘lo年F月瑙日’●●、一，tJ肾摘要微创手术机器人仿真

3、系统是微创手术机器人系统的重要组成部分，本文针对⋯一微创手术机器入系统对仿真方面的需求j在模拟仿真与手术培训领域进行了大量工作。建立了微创手术仿真系统平台，实现了微创手术仿真训练系统的核心功能。本文对国内外医疗仿真研究发展的现状，以及当前流行的仿真技术等方面作了较为系统的综述，主要完成了如下几个方面的工作：一、讨论了虚拟仿真系统的几何建模方法，建立了手术工具的自由度模型。二、讨论了在OSG(OpenSceneGraph)中控制末端手术工具的方法，阐述了读取、控制自由度节点的方法。三、建立了机器人主．从手对应关系的数学模型，为仿真系统的输入控制奠定了数学基础。四、说明了在OSG中进行

4、屏幕与世界坐标的转换方法，实现了鼠标对自由度节点的控制。五、介绍了当前碰撞检测算法，利用NvidiaPhysX物理引擎实现了碰撞检测，并给出实现的流程。本文作者所建立的仿真系统平台模拟了三维手术场景，并较好地实现用户与三维手术场景的交互，基本完成了微创手术机器人仿真系统的核心组件。关键词：微创手术OSG自由度仿真af‘．tABSTRACTMinimallyinvasivesurgeryrobotsimulationsystemisanimportantpartofminimallyinvasivesurgicalrobotsystem．Inthispaper,totheneedso

5、fminimallyinvasivesurgicalrobotsimulationsystem,theauthorhavedonelotofworkinthefieldofsimulationandsurgicaltraining，andEstablishedplatformforminimallyinvasivesurgerysimulationsystem，achievedthecorefunctionalityofminimallyinvasivesurgerysimulationtrainingsystem．Inthispaper,madesystematicovervie

6、wofdomesticandforeignmedicalsimulationresearchanddevelopment，completedthefollowingmajoraspects：First，discussedthegeometricmodelingmethodsinthevirtualsimulationsystem,andestablishtheDOFmodelofsurgicaltools．Second,discussedthecontrolmethodofsurgicaltoolswithOSGexpoundedhowtoreadorcontroltheDOFno

7、de．．Third，establishedthemaster-to—slavermathematicalmodeloftherobot，asthemathematicsfoundationofthesimulationsystem’Sinputcontr01．Fourth,showedtheconversionmethodbetweenscreencoordinateandworldcoordinate．RealizedthecontroloftheDOFnodewi