微创腹腔外科手术机器人执行系统研制及其控制算法研究
| 摘要 | 第4-6页 |
| Abstract | 第6-7页 |
| 第1章 绪论 | 第14-31页 |
| 1.1 课题研究背景及目的意义 | 第14-15页 |
| 1.2 微创外科手术机器人系统发展现状综述 | 第15-21页 |
| 1.2.1 机器人辅助微创外科手术的产生 | 第15-16页 |
| 1.2.2 美国微创外科手术机器人发展综述 | 第16-18页 |
| 1.2.3 欧洲微创外科手术机器人发展综述 | 第18-20页 |
| 1.2.4 国内微创外科手术机器人发展综述 | 第20-21页 |
| 1.3 微创外科手术机器人系统关键技术综述 | 第21-30页 |
| 1.3.1 微创外科手术机械臂系统集成 | 第22页 |
| 1.3.2 术中远心点运动机构设计综述 | 第22-25页 |
| 1.3.3 微创外科手术微器械相关技术 | 第25-27页 |
| 1.3.4 外科手术机械臂术前摆位规划 | 第27-28页 |
| 1.3.5 微创手术机器人主从控制策略 | 第28-30页 |
| 1.4 课题来源及本文主要研究内容 | 第30-31页 |
| 第2章 腹腔微创外科手术机器人执行系统设计 | 第31-50页 |
| 2.1 引言 | 第31页 |
| 2.2 微创外科手术对机器人机构设计的要求 | 第31-33页 |
| 2.3 腹腔微创手术机械臂及标准接口设计 | 第33-40页 |
| 2.3.1 器械臂系统整体结构设计 | 第33页 |
| 2.3.2 器械臂的术前被动摆位机构 | 第33-34页 |
| 2.3.3 基于平行四边形的远心点运动机构 | 第34-38页 |
| 2.3.4 器械臂中的手术微器械标准接口 | 第38-40页 |
| 2.4 微创手术微器械腕部机构及系统设计 | 第40-46页 |
| 2.4.1 术中手术微器械操作环境分析 | 第40-41页 |
| 2.4.2 微器械腕部模块化单元关节设计 | 第41-43页 |
| 2.4.3 器械腕部结构设计及耦合特性分析 | 第43-44页 |
| 2.4.4 手术微器械系统整体结构设计 | 第44-45页 |
| 2.4.5 微器械样机研制及性能测试实验 | 第45-46页 |
| 2.5 微创外科手术机器人手术执行系统集成 | 第46-48页 |
| 2.6 本章小结 | 第48-50页 |
| 第3章 腹腔微创手术机械臂机构优化及术前摆位规划 | 第50-74页 |
| 3.1 引言 | 第50页 |
| 3.2 机械臂空间坐标系建立 | 第50-52页 |
| 3.3 基于综合灵巧度指标的机械臂参数优化 | 第52-63页 |
| 3.3.1 机构综合灵巧度评价指标函数建立 | 第52-55页 |
| 3.3.2 优化问题设计变量及约束条件构造 | 第55-56页 |
| 3.3.3 优化问题模型建立及求解算法实现 | 第56-60页 |
| 3.3.4 优化参数下的机构灵巧度指标分析 | 第60-63页 |
| 3.4 基于改进梯度投影法的器械臂术前规划 | 第63-72页 |
| 3.4.1 基于封闭逆解的梯度投影算法改进 | 第63-67页 |
| 3.4.2 术前规划中的优化目标函数建立 | 第67-68页 |
| 3.4.3 基于改进投影梯度法的术前规划 | 第68-70页 |
| 3.4.4 机器人系统双器械臂术前仿真规划 | 第70-72页 |
| 3.5 本章小结 | 第72-74页 |
| 第4章 腹腔微创手术机器人系统主从控制策略研究 | 第74-104页 |
| 4.1 引言 | 第74页 |
| 4.2 手术执行系统空间坐标描述及关节变换矩阵 | 第74-78页 |
| 4.2.1 持镜机械臂坐标系描述及变换矩阵 | 第74-76页 |
| 4.2.2 器械臂坐标系描述及变换矩阵 | 第76-78页 |
| 4.2.3 持镜臂与器械臂之间的空间位姿变换 | 第78页 |
| 4.3 腹腔微创手术机器人器械臂系统主从控制策略 | 第78-91页 |
| 4.3.1 微创外科手机器人中的主从控制策略 | 第78-81页 |
| 4.3.2 基于位置增量的持镜臂主从控制算法 | 第81-83页 |
| 4.3.3 基于位姿分离的主从异构增量控制算法 | 第83-91页 |
| 4.4 机械臂系统主从控制策略中的关键性问题 | 第91-103页 |
| 4.4.1 微创手术环境中的主从操作一致性问题 | 第91-93页 |
| 4.4.2 多臂切换及主手干涉时的主从二次映射 | 第93-97页 |
| 4.4.3 微创手术器械术中更换前后的位姿规划 | 第97-103页 |
| 4.5 本章小结 | 第103-104页 |
| 第5章 腹腔微创手术机器人系统集成及动物实验 | 第104-125页 |
| 5.1 引言 | 第104页 |
| 5.2 手术机器人系统集成及远心点机构标定 | 第104-113页 |
| 5.2.1 手术机器人系统硬件控制平台设计 | 第104-106页 |
| 5.2.2 腹腔微创外科手术机器人系统集成 | 第106-108页 |
| 5.2.3 平行四边形机构标定方法及标定实验 | 第108-110页 |
| 5.2.4 术中远心点机构性能测试及数据分析 | 第110-113页 |
| 5.3 基于位姿分离的主从控制策略验证实验 | 第113-121页 |
| 5.3.1 主从控制策略中的位置指令平滑处理 | 第113-117页 |
| 5.3.2 主从控制策略中的空间轨迹跟踪实验 | 第117-118页 |
| 5.3.3 主从控制策略中的主从二次映射实验 | 第118-119页 |
| 5.3.4 缝合穿孔操作对主从位姿映射的验证 | 第119-121页 |
| 5.4 针对活体动物的机器人微创胆囊摘除实验 | 第121-123页 |
| 5.5 本章小结 | 第123-125页 |
| 结论 | 第125-127页 |
| 参考文献 | 第127-141页 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其他成果 | 第141-143页 |
| 致谢 | 第143-144页 |
| 个人简历 | 第144页 |
