医疗机器人主操作臂控制系统的研究

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1、河北工业大学硕士学位论文医疗机器人主操作臂控制系统的研究摘要医疗机器人的发展对传统医学和世界经济产生很大的影响，因而受到了世界各国的重视。而在主从遥操作中应用力反馈技术是目前医疗机器人的研究热点之一，力反馈主操作手和力感觉从操作手是主从力反馈控制系统的重要组成部分。本文针对河北省自然科学基金资助项目——《医疗机器人主操作臂动力学特性及其数字化操作技术研究》研究课题，以课题组开发的主操作手模型为核心，提出主从控制系统总体设计方案和控制策略，开发主从医疗机器人控制系统仿真平台，并构建单自由的主从控制实验系统

2、。本文的工作主要集中在以下几个方面：1.对主从医疗机器人的发展趋势、国内外研究现状进行了概述，并介绍了其相关的关键技术与存在的问题。2.以课题组开发的医疗机器人主操作臂模型为核心，提出主从医疗机器人控制系统的总体设计思想和方案，确定了各控制单元的硬件组成并分析了其功能作用，确定控制软件的流程图及功能模块的划分。3.结合实际情况，确定控制系统的操作模式、控制策略及对PID控制器的设计。对所设计的主操作臂三维模型进行了结构简化，通过D—H方法推导主操作臂的运动学方程，建立主操作臂的运动控制数学模型。4.在上

3、述理论和算法的基础上，基于MicrosoftWindowsXP操作系统，以NI公司的Labview8.2.1为开发平台，设计控制系统界面，开发医疗机器人主从操作臂的控制系统仿真软件，并构建单自由的主从控制实验平台，验证上述方案的可行性。综上所述，本文提出了控制系统总体构架和理论依据，从控制策略、运动学建模与软件的编制等方面对进行了探讨和尝试，为后续工作的开展奠定了实际操作的基础，并探索出了一种行之有效的方法。关键词：医疗机器人，主操作臂，主从控制，PID控制i医疗机器人主操作臂控制系统的研究RESEAR

4、CHONCONTROLSYSTEMOFMASTERMANIPULATORFORMEDICALROBOTABSTRACTThedevelopmentofmedicalrobothasthesignificantinfluenceintraditionalmedicineandworldeconomy,thusithaveattractedtheattentionoftheworld.Atpresent,theresearchofmedicalrobotisattheceaselesslyprogressi

5、nganddevelopingstage.Forcefeedbacktechniqueinmaster-slaveteleoperationisoneofthemostimportantresearchfieldsinmedicalrobot,andhapticmastermanipulatorandtactileslavemanipulatorarenecessarypartsofthemaster-slaveforcefeedbackcontrolsystem.Aimedattheworkof“Th

6、eresearchofdynamicscharacteristicofmedicalrobot’smastermanipulatoranditsdigitizedoperationtechnology”whichissupportedbytheNaturalScienceFoundationofHebeiProvince,takingthemastermanipulatorasthecorewhichhasbeenestablishedbyresearchteam,thispaperhasadvance

7、dthedesignschemeandcontrolstrategyofthemaster-slavecontrolsystem,developedthesimulationplatform,andconstructedasinglefreedom-degreeexperimentformaster-slavecontrol.Themaintaskofthisthesisconcernsfollowingaspects:1.Thispaperhassummarizedthepresentdevelopm

8、entcurrent,domesticandforeignresearchsituationofmaster-slavemedicalrobot,andintroducedtherelatedkeytechnologyandproblemwithitsexistence.2.Againsttheestablishedphysicalmodelofmedicalrobotmastermanipulator,confirmedtheoveral