外科手术机器人ppt讲稿

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1、基于外科手术的机器人控制小组成员：周瞳谢卫云苏培权目录机器人外科手术简介研究意义发展状况机器人结构及控制系统总体结构主从控制系统力反馈系统机器人外科手术简介传统外科手术定位精度不高术者疲劳、动作颤抖受空间及环境约束大缺乏三维医学图像导航手术器械操作局限性位姿受手术环境影响外科手术机器人准确定位动作灵巧、稳定减轻术者疲劳信息反馈直观（三维图）术前快速手术设计避免辐射、感染的影响灭菌简单1.微创手术和传统手术伤口的比较为什么需要手术机器人：所以采用机器人手术具有创口小，疤痕小、疼痛轻、恢复快、出院时间短，出血

2、少等优点2.手术机器人比人工手术更加精细化机器人外科手术简介发展历史1985年，美国，自主定位的立体定向装置完成脑组织活检1989年，英国，6自由度Puma机器人，开展前列腺手术切除术1994年，Computermotion公司于研发了内镜光学定位外科机器人系统“AESOP”1999年初，由两家美国公司(ComputerMotion和IntuitiveSurgical)先后独立研制的宙斯(Zeus)和达芬奇(DaVinci)两套手术机器人系统2001年，法国远程Zeus机器人开创了远程手术的先河机器人外科手

3、术简介至今为止，达芬奇(DaVinci)手术机器人不断的更新换代仍是世界手术机器人最高水平的代表达芬奇机器人器件达芬奇机器人系统机器人外科手术简介达芬奇机器人手术系统的构成：医生操控台旁床机械臂3D成像系统外科医生控制台外科医生控制台是达芬奇机器人系统的控制中心，由计算机系统、监视器、控制手柄、脚踏控制板及输出设备组成。外科医生控制台的操作者坐在消毒区域以外，通过使用控制手柄来控制手术器械和立体腔镜。术者通过双手动作传动手术台车上仿真机械臂完成各种操作，从而达到术者的手在患者体内做手术的效果。同时可通过声控

4、、手控或踏板控制腹腔镜。术者双脚置于脚踏控制板上配合完成电切、电凝等相关操作。达芬奇机器人系统让术者在微创的环境里可以达到开放手术的灵活性床旁机械臂系统床旁机械臂系统(PatientCart)是外科手术机器人的操作部件，其主要功能是为器械臂和摄像臂提供支撑。助手医生在无菌区内的床旁机械臂系统边工作，负责更换器械和内窥镜，协助主刀医生完成手术。为了确保患者安全，助手医生比主刀医生对于床旁机械臂系统的运动具有更高优先控制权成像系统成像系统(VideoCart)内装有外科手术机器人的核心处理器以及图象处理设备，在

5、手术过程中位于无菌区外，可由巡回护士操作，并可放置各类辅助手术设备。外科手术机器人的内窥镜为高分辨率三维(3D)镜头，对手术视野具有10倍以上的放大倍数，能为主刀医生带来患者体腔内三维立体高清影像，使主刀医生较普通腹腔镜手术更能把握操作距离，更能辨认解剖结构，提升了手术精确度。机器人外科手术简介中国发展状况1997年，研制了基于Puma262的脑外科机器人辅助定位系统，填补了国内医用机器人研究的空白2000年，海军总医院研制了计算机辅助立体定位神经外科手术系统2010年，由天津大学、南开大学和天津医科大学总

6、医院联合研制的“妙手Ａ”系统图1妙手A机器人外科手术简介达芬奇(DaVinci)手术机器人视频演示以下画面可能会引起不适请谨慎观看机器人结构及控制系统主从控制系统总体结构主从式医疗机器人由早期的主从同构方式发展成为现在的主从异构方式。异构机器人的实时主从控制必须在很短时间内完成运动求解、轨迹规划、抖动消除等计算。手术机器人主从控制系统的三个主要问题：1.从手需要快速准确地跟踪主手运动，并将在手术区域所接受到的一些信息(如视频图像信息)通过通讯环节反馈给操作医生。2.手术过程中，主操作手上的医生会不可避免地产

7、生手部抖动，这些无关抖动会造成手术器械末端的抖动，从而影响精度，所以必须消除抖动。3.主从控制中，经过运动学反解得到从手关节轨迹速度和加速度不连续，导致机器人运动不平稳，为避免此问题，需要在关节空间内规划机器人运动轨迹，得到连续平滑的轨迹。机器人结构及控制系统基于腹腔微创手术的主从手关节结构配置方案主手控制系统ForceDimensionOmega7Omega7的操作演示机器人结构及控制系统主从控制系统手术机器人主从控制结构机器人结构及控制系统控制系统硬件结构手术机器人控制系统硬件结构机器人结构及控制系统等

8、效微分变换法的主从控制：操作臂的运动方程表示为（1）式中q为关节角度，x为操作臂末端在笛卡尔空间的坐标。对式(1)在定点处进行泰勒展开得到∆x和工作空间的角度增量∆q的关系为：对式（3）两边同时左乘逆雅克比矩阵J（q），得逆运动求解公式：根据式(4)，可以计算出工具坐标系发生差分变化所需要的机械手关节的差分变化。但是，等效微分变换法求解逆运动学时因为忽略了高阶误差，而将误差带入到了控制系统，由(3)式可得：取操作