醫(yī)療遙操作機器人系統(tǒng)建模與分析研究.pdf

1、在當前醫(yī)療機器人應用領域中,醫(yī)療遙操作機器人穿刺手術成為研究的熱點。由于穿刺過程中穿刺針與軟組織發(fā)生形變,導致實際穿刺位置和目標靶點出現(xiàn)偏差,這使得實際穿刺手術的治療效果大大降低。目前,醫(yī)療遙操作機器人研究多集中在網(wǎng)絡通信和局域網(wǎng)遙操作,以便減小通信時延來提高位置和力的跟蹤效果,而忽視了遙穿刺手術中穿刺針形變而引起的偏差。目前在穿刺手術中缺少對軟組織因受力而產(chǎn)生的具體形變量的分析和穿刺針針尖軌跡規(guī)劃的基礎研究。
　　本文針對上述存

2、在的問題進行了相應的分析和研究,本文主要內(nèi)容包括:
　　第一,為了提高機器人輔助針穿刺軟組織的精度,減小穿刺誤差,建立了柔性穿刺針的彈性懸臂梁物理模型,提出了一種穿刺針受力分析的有限元算法,并對模型進行理論計算和ANSYS仿真,得到了穿刺針元素結點的撓度和偏轉(zhuǎn)角度,驗證了算法的有效性。
　　第二,為了得到軟組織在穿刺力作用下的形變量和穿刺力與軟組織形變量的關系,本文通過對二維軟組織使用準靜態(tài)有限元分析法,將軟組織形變的連續(xù)動

3、態(tài)過程離散成靜態(tài)有限元模型,對二維軟組織和三維軟組織進行有限元仿真,得到軟組織各結點的形變位移和力的分布云圖。結果表明:作用在同一點的線性軟組織的形變量和穿刺力成正比,分步載荷的效果疊加與各載荷步同時作用效果一致。
　　第三,為了得到穿刺針針尖在穿刺過程中的具體軌跡,通過將穿刺過程離散化,在考慮穿刺針形變、穿刺角度和穿刺針基座豎直坐標的控制量基礎上,計算穿刺過程針尖每一時刻的坐標,進而得到穿刺針針尖的運動軌跡,仿真結果表明:影響穿