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近年来,机器人技术在医疗手术中的应用越来越受到重视。结合实时图像导航,可以实现精确、微创手术操作,对减少病人痛苦、缩短治愈周期、完成高难度复杂手术都有重要意义。本文针对颅颌面骨科手术的操作特点和手术需求,设计了协调控制策略和相关机器人技术,主要包括: 首次提出针对颅颌面骨科手术操作的、多目标联合优化的机器人定位与冗余度优化策略。策略利用粒子群优化技术,根据操作空间、手术动作的建模,设计出计算简单、可与传统可操作度效果等同的关节机器人运动灵活度指标,取得了合理有效的优化结果。 首次提出适合颅颌面骨科手术的协调控制策略。策略基于虚拟约束,将执行器的运动空间分解为自由运动与受约束运动两部分,实现了有效结合医生主观干预和机器人精准执行的手术操作。 设计了机器人系统与遥操作系统之间的实时通信平台。平台基于定时触发的同步网络通信,可实现运动指令、力信号的实时交互。 设计了执行精度、通信延迟、力反馈等方案可行性验证、性能测试的实验,分析了系统相应模块的特点。 最后,总结了系统各组成模块可以改进的地方,并探讨了后续研究可以深入的方向。