毕业论文-介入手术医疗机器人定位机械臂设计

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1、济南大学泉城学院毕业设计济南大学泉城学院毕业设计题目介入手术医疗机器人定位机械臂设计专业机械设计制造及其自动化班级学生学号指导教师二〇一一年五月三十日-1-济南大学泉城学院毕业设计-1-济南大学泉城学院毕业设计（论文）1绪论20世纪机器人技术已经在制造业领域得到初步的应用，在信息产业的带动下进入21世纪以来在非制造业领域也得到了初步的应用。介入治疗是是利用现代高科技手段进行的一种微创性治疗--就是在医学影像设备的引导下,将特制的导管,导丝等精密器械,引入人体,对体内病态进行诊断和局部治疗[1]。介入治疗应用数字技术,

2、扩大了医生的视野,借助导管,导丝延长了医生的双手,它的切口（穿刺点）,仅有米粒大小,不用切开人体组织,就可治疗许多过去无法治疗,必须手术治疗或内科治疗疗效欠佳的疾病,如肿瘤,血管瘤,各种出血等.介入治疗具有不开刀,创伤小,恢复快,效果好的特点.是未来医学的发展趋势[2]。如今，将机器人技术更好的应用于社会生产的各个领域已成为各行各业的研究重点。发展医疗机器人技术是涉及到多学科新型交叉研究领域，机器人技术在医疗方面的应用不仅将带动传统医学的发展同时也将带动新技术、新理论的发展[3]。1.1医疗机械臂的研究目的及意义随着

3、机器人技术的发展与成熟，医疗机器人也得到了广泛的应用。其中主要应用于各种外科手术中，利用机器人代替传统的人操纵手术刀及其他医疗器械对病人进行手术[4]。与一般外科手术相比，机器人技术具有如下优点：(1)机器人可以克服在手术过程中的人为因素，包括疲劳、心理因素等。保证手术的顺利实施。(2)机器人的运动过程可以实现电脑控制，可以通过特定的运行轨迹实现较高的稳定性。(3)机器人系统具有大量的内部数据比普通医生凭经验手术而言具有更高的科学依据。普通的微小创伤手术医生的活动空间非常有限，使原本非常简单的动作变得很难实现，对医生

4、的操作要求很高[5]。并且长时间在小范围内进行手术很容易产生疲劳，影响手术的质量。运用医疗辅助机械臂技术可以很好的解决以上问题。并且机械臂可以达到很高的精度。因此医疗机器人技术得到了广泛的应用和发展[6]。1.2医疗机器人的发展现状进入21世纪以来，医疗机器人能技术得到了广泛的应用及发展-20-济南大学泉城学院毕业设计（论文）。在欧美等一些发达国家机器人技术已经在各大医疗机构得到广泛的应用。并且将机器人辅助外科手术和虚拟医疗技术仿真作为重点研究领域[7]。在欧洲、美国等发达国家，80%的腹腔手术都是在内窥镜的辅助下完

5、成的。上世纪90年代末，美国ComputerMotion公司研发了具有强大可视功能的ZEUS机器人辅助外科手术系统，这种系统打破了传统手术的弊端，极大地提高了手术的精确度和安全性。其中ZEUS系统可以分为Surgeun-side系统和Patient-side系统。在ZEUS系统的帮助下医生可以避免在辐射环境下工作，很舒适的对患者进行治疗[8]。ZEUS系统及手术图片如图1.1，图1.2所示：图1.1ZEUS机器人系统图1.2ZEUS系统手术现场除此之外，还有美国IntuitiveSurgical公司开发的达芬奇手术机

6、器人系统，上世纪90年代末瑞典MedicalRobitics公司研制的Pintrace骨科手术机器人系统，德国Crigos机器人系统等[9]。另外，在国内机器人辅助外科手术也得到了初步的应用。北京航空航天大学机器人研究所、清华大学和海军总医院合作在国内首先开始了远程脑外科手术机器人的研究工作，并且研制出用于临床的脑外科手术机器人系统CRAS-BH1、CRAS-BH2、CRAS-BH3和黎元BH-600，如图1.3所示。图1.3北航脑外科医疗机器人系统与机器人在腹腔、骨外科手术上的应用相比，介入血管手术医疗机器人研究工

7、作起步稍晚，直到上世纪末血管手术机器人的研究工作才刚刚开始。1999年日本HironobuTakizawa开始从事血管机器人的研究[10]。到2006年以色列海法医学院的Beyar开发了第一个血管介入手术机器人系统如图1.4所示：-20-济南大学泉城学院毕业设计（论文）图1.4Beyar心血管介入手术机器人通过对以上机器人设计方案的了解，现在的血管手术机器人只是局限在人体血管内的推进与旋转，而没有涉及到定位、把持此机构的机械臂[11]。通过机械臂医生可以通过计算机自动将机器人移动到手术部位进行治疗，提高手术的可控性[

8、12]。1.3课题研究内容就现如今血管手术技术要求高、手术环境差等问题，将机器人系统引入到手术过程中，解决手术过程中技术难度高、环境差、手术要求精度高等问题。本课题主要的研究内容为血管介入手术医疗机器人的机构设计工作，其中主要内容包括：(1)针对普通医疗手术中存在的问题及技术要求，提出将机器人系统引入血管介入手术中的意义及作用；(2)机器人本体