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磁锚定腹腔手术机器人视觉与控制研究

更新时间：2020-03-26 13:58:51 大小：3M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：手术机器人 下载积分：3分评价赚积分（如何评价?）收藏评论(0) 举报

资料介绍

相对常规的微创手术机器人，面向单孔腹腔镜手术(LESS)在体内工作的微创手术机器人只需1个切口，降低了手术创伤；机械臂的运动不受切口限制，运动更加灵活；结构简单，体积小，可以在医院中广泛地使用。其研究具有巨大的社会价值和经济效益，已成为微创手术领域的一个研究热点。

本文所研究的磁锚定腹腔手术机器人是一种面向LESS的微创手术机器人，具有摄像单元和机械臂单元两部分。通过分析机器人控制系统的主要设计要求，确定了机器人的主从控制的总体方案和其硬件系统结构。为减少机器人导线的数量，增强机器人在腹腔内被移动时的灵活性，控制方案中的视频图像信号和控制信号均采用无线通信的方式。

为给外科医生提供视觉反馈信息，设计了小尺寸、低功耗的摄像单元，包括摄像模块，照明模块和嵌入式控制电路模块。摄像模块通过模拟式方案可实现高分辨率视频图像的实时无线传输。照明模块的LED阵列采用圆形布局，其亮度可以无线实时调整；针对照明模块设计的反光器有效地提高了照度均匀性和降低了照明模块的使用功耗。将单片机硬件电路、无线通信硬件电路和电机驱动器硬件电路等集成在一起，构成小尺寸的嵌入式控制电路模块，用于摄像单元和机械臂单元。

针对磁锚定腹腔手术机器人机械臂的控制，设计了基于视觉反馈的主从控制方案。根据主手信息计算出机械臂末端点期望位置，并在视频图像中实时显示出来，为外科医生提供直观的期望位置信息，简化了外科医生控制机械臂的难度。针对视觉反馈中标记点坐标的计算问题，给出了一种对照明亮度鲁棒性好、快速准确计算标记点坐标的方法，实现了对机械臂的实时稳定控制。

本文搭建了照明实验平台和机械臂控制的实验平台。照明实验验证了反光器能有效提高照明模块的照度均匀性和降低使用功耗。标记点坐标计算鲁棒性测试实验验证了标记点坐标算法的准确性和对照明亮度具有较强的鲁棒性。机械臂单元控制实验中控制系统运行稳定，证明了基于视觉反馈的主从控制方法的可行性。