腹腔鏡微創(chuàng)外科手術(shù)機器人控制系統(tǒng)研究.pdf

1、腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)機器人是醫(yī)療機器人的一個重要研究領(lǐng)域。微創(chuàng)外科手術(shù)機器人系統(tǒng)由于其特殊的機構(gòu)設(shè)計，可極大地拓展醫(yī)生的能力，克服手動微創(chuàng)手術(shù)的缺陷與運動限制，充分發(fā)揮微創(chuàng)手術(shù)的優(yōu)勢；用機器人技術(shù)結(jié)合醫(yī)生的經(jīng)驗，不僅提高了手術(shù)質(zhì)量和安全性，減輕了病人的痛苦，縮短了術(shù)后恢復時間，而且使微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)應(yīng)用于更精密的手術(shù)領(lǐng)域，擴展了微創(chuàng)技術(shù)的應(yīng)用范圍。
　　 本文以腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)機器人控制系統(tǒng)為研究對象，針對機器人本體主從操作手“異構(gòu)”的特點

2、以及腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)要求，設(shè)計了基于DSP+FPGA的嵌入式硬件系統(tǒng)平臺，在分析主從手映射關(guān)系的基礎(chǔ)上設(shè)計了主從映射算法，在腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)機器人上實現(xiàn)了1000Hz的實時主從映射。本文工作主要包括以下研究內(nèi)容：
　　 1)腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)機器人運動學分析研究。針對主從“異構(gòu)”的腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)機器人系統(tǒng)，建立了主操作手與從操作手的理論數(shù)學模型，并采用矢量法對其理論模型進行了運動學分析，推導出運動學公式，以此作為控制系統(tǒng)設(shè)計的重要參考依

3、據(jù)。
　　 2)腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)機器人主從映射算法研究。在分別對腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)機器人主操作手與從操作手的運動學分析的基礎(chǔ)上，建立了“異構(gòu)”的主操作手與從操作手的對應(yīng)關(guān)系，設(shè)計了速度控制算法與關(guān)節(jié)速度限制模型，保證系統(tǒng)安全性。
　　 3)腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)機器人控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)。針對腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)要求和系統(tǒng)功能需求，設(shè)計并實現(xiàn)了基于DSP+FPGA的嵌入式實時硬件系統(tǒng)平臺，根據(jù)系統(tǒng)功能設(shè)計了FPGA內(nèi)部邏輯功能；針對高速DSP