血管介入手术机器人设计与控制策略研究

《血管介入手术机器人设计与控制策略研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、y分类号______________________________密级______________________________ＵＤＣ______________________________编号______________________________硕士学位论文血管介入手术机器人设计与控制策略研究学位申请人：严伟玮学科专业：控制科学与工程指导教师：陈世明教授答辩日期：2018年6月5日独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰

2、写的研究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。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。本人签名_______________日期____________关于论文使用授权的说明本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定，本论文无保密内容。本人签名____________导师签名__________日期__________

3、_摘要血管介入手术机器人设计与控制策略研究摘要近几年，随着各项技术的发展，机器人迎来了发展的黄金时期。医疗机器人作为机器人的一个分支近年来也取得了长足的进步。微创介入手术是一项广泛应用于治疗心脑血管疾病的手术，其相对传统开刀治疗比，具有手术创口小，愈合快，术后并发症少等优点，所以迅速被推广运用。由于要借助X光影像导航，医生进行微创介入手术时，需要穿着笨重的防辐射铅衣，在手术室里进行导管推送、诊断。即便有铅衣防护，长期的工作对医生身体依然有很大的伤害。同时，也存在手术操作难度大，医生手术培训学习周期长，医生长时间的手术容易因疲劳而影响手术质量等弊端。研究血管介入手

4、术机器人将医生从有辐射的手术室“解放”出来，一直是医疗机器人领域的研究热点之一。本文针对上述问题，研发了一款血管介入机器人系统，设计了相关控制算法。本文的主要工作包括：(1)设计了血管介入手术机器人的从端推送机构，对其机械结构进行分析，搭建了机器人硬件与电气系统，主要包括主端操作手、从端电机、驱动器、控制器、应变片、应变测试仪等。最后在此基础上，建立了其控制系统的数学模型。(2)本文参考医生实际手术过程，确立以主从控制为主的控制策略。采用Geomagic主手作为主端控制手，并实际测量得出其工作空间，同时运用DH法对导管进行运动学分析。通过分析对比以及实验室硬件

5、条件，从设计的三种主从控制策略中选取了最适合的一种方法。最后基于VisualStudio2013开发了遥操作主从控制系统软件。(3)通过分析相关电机控制算法，结合实际血管介入手术的导管推送需求，设计了一种基于BP神经网络的PID控制器。通过MATLAB仿真验证了所设计的控制器能够达到手术需要的推送精度。(4)最后对加工好的血管手术机器人样机进行性能测试，搭建了实验平台，并验证样机推进精度误差小于1mm，旋捻精度误差小于3度。并使用带力反馈应变片的导管在仿真体模内进行导管推送实验，模拟样机在人体实际血管中的推送效果，进一步验证了介入机器人的功能性，分析在推送过程中

6、应变片反馈的导管实时受力状态，为进一步研究提供了数据支持。关键词：血管介入机器人系统，推送装置，力反馈，BP神经网络PID控制IAbstractResearchonthedesignandcontrolstrategyofvascularinterventionaloperationrobotABSTRACTInrecentyears,theroboticsresearchhasmadeconsiderableprogress.Thecombinationofrobottechnologyandinterventionalsurgerytechnologyiso

7、neoftheresearchhotspotsinthefieldofmedicalrobotics.Minimallyinvasivesurgeryhasbecomeaneffectivesurgicalwaytosolvecerebrovasculardiseasesbecauseofitsadvantagesoflesstrauma,fasterrecoveryandfewerpostoperativecomplications,anditiswidelyusedinclinical.However,vascularinterventionalsurger

8、yneedsdoctor