主从式微创手术机器人系统的震颤抑制方法研究
随着医学技术的发展和机器人技术的不断革新,将微创外科手术机器人技术应用于外科手术中已成为医疗机器人领域最为热点的课题。尽管在微创外科手术机器人研究领域,国内外都已经取得了广泛的成功和进展,然而在一些需要手部直接介入、非遥感的微创手术中,由于人手部存在着不同程度震颤的影响,手术过程中操作者的实际输入信息与预期的输入信息存在一定的偏差,从而降低了这类手术的精度,影响了手术的质量。鉴于当前的震颤抑制方法大多数是将震颤信号弱化后进行线性辨识,或采用网络式结构对其进行非线性辨识,未能客观地刻画震颤特征,导致现有的震颤抑制方法具有很大的局限性,因此如何设计新型智能震颤滤波器已成为控制理论学科面向医疗外科手术领域亟待解决的研究课题之一。
本文结合震颤特征和微创手术的特点设计了主从式微创手术机器人震颤抑制系统,提出了两种不同类型的震颤自适应滤波器,并针对各种操作环境进行了性能分析与对比。
首先,针对微创手术机器人特征,深入研究了主从式微创外科手术机器人的运动学相关理论和自适应滤波理论,建立了主从机械臂运动学模型,设计了带有震颤抑制模块的主从式微创手术机器人系统,并详细阐述了各功能模块的作用。
其次,针对手部震颤的特征以及微创手术的特点,提出了模糊小波神经网络震颤自适应滤波器和基于最小二乘支持向量机震颤自适应滤波器,详细阐述了两种震颤抑制装置的物理模型、数学模型以及算法实现。
最后,基于MATLAB7.1开发平台,针对不同的手术操作环境对本文所提的震颤自适应滤波器进行性能测试仿真实验,验证了所提震颤抑制方案的有效性。
微创手术机器人;震颤抑制;自适应滤波;模糊小波神经网络;最小二乘支持向量机
广东工业大学
硕士
控制理论与控制工程
刘治
2011
中文
TP242.3;R616.2
105
2011-10-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）