微创手术机器人丝传动器械的夹持力补偿模型

稳定有效的手术器械夹持力输出是保证机器人辅助微创手术顺利完成的基本条件.为实现手术器械夹持力的稳定输出,有效提高微创手术(MIS)机器人手术操作质量,提出了一种基于夹持力预测的力补偿模型.在此基础上计算了器械不同姿态下的开合关节驱动力矩的补偿量,利用该方法所构建的夹持力补偿模型可应用于对丝传动手术器械夹持力的输出控制中.该建模方法的优点是只需要用到姿态信息与夹持力信息两种数据,而无需考虑器械传动中间环节中的各种复杂因素对夹持力的影响.最后,通过基于样机系统的实验研究验证了所提出的微创手术机器人丝传动器械夹持力补偿建模方法的可行性.     

机器人辅助实质器官手术的止血切割器械设计

由于实质器官内血管密布,利用特定能量将该类器官所需切割部位周围组织凝固是当前避免术中严重出血的重要途经.为实现灵活精准的凝固操作,将机器人技术与对组织的能量作用原理相结合,设计了一种可在微创条件下向实质器官实施能量作用的新型机器人灵巧手术器械.该器械末端设计为若干操作针形式,并按正负极需求进行合理布局,使其可在组织内部形成能量回路,进而实现对组织的凝固操作.为提升操作的灵活性,在器械末端增加了偏转关节,结合器械本身自转及机器人从操作手的运动,可实现使操作针始终沿与组织表面垂直方向刺入的目标.操作针刺入并在能量发生器释放能量的同时,机器人能够控制操作针沿刺入方向做自动往复直线运动,以提升对组织的凝固效果并避免结痂.最后,利用性能实验和离体组织实验对该装置进行了验证,结果显示,器械的高频漏电流范围为5.47～8.31 mA;由专家对机器人下离体猪肝脏的模拟手术实验结果评估显示,机器人操作下的止血切割器械可有效实现对实质器官的凝固处理,验证了所设计手术器械的有效性.     

一体化管理方案在消毒供应室器械管理中应用的价值

探讨一体化管理方案在消毒供应室器械管理中应用的价值。选取2015年1月~2016年1月甘肃省定西市安定区第二人民医院实施传统手术器械管理模式作为对照组,消毒灭菌手术器械共1532件。选取2016年3月~2017年3月实施一体化管理方案作为观察组,消毒灭菌手术器械共1534件。比较2组手术器械护理质量及手术器械遗失耗损量,比较手术医生对2组器械的满意度。观察组手术器械清洗合格率、器械包灭菌合格率、包外标签完整率较对照组高,器械感染率较对照组低(P0.05);观察组手术器械遗失耗损量较对照组低(P0.05);手术医生对观察组手术器械满意度明显较对照组高(P0.05)。在消毒供应室器械管理中应用一体化管理方案,可显著提高手术器械清洗、灭菌合格率,同时可有效降低其遗失耗损量。     

多孔腔镜手术机器人翻展机构设计与优化

提出一种新型多孔腔镜手术机器人翻展机构.以人体腹部微创手术切入点实际约束为需求,基于机构拓扑综合理论,在关节耦合类平行四边形机构基础上,通过改变运动副数目设计具有冗余自由度的远心机构,简称翻展机构.运用Solidworks与Workbench相结合的方法,对各个关节进行结构设计与轻量化分析.基于D-H法对翻展机构进行了正逆运动学求解.用ROS-Kinetic仿真器搭建仿真环境,验证了新型翻展机构构型的合理性.     

基于眼球追踪的手术器械设计者与使用者的差异性分析： 以工程师与医生为例

为保证手术器械设计过程中工程师的设计需求符合医生的实际使用需求,对工程师和医生在手术器械使用中的表现进行差异性研究。通过模拟手术实验,设置关键任务与非关键任务,对12名工程师与12医生进行眼动数据(瞳孔直径和平均扫视幅度)与问卷数据(整体评价和各指标评价)的收集,通过四方面分析得到差异结果。结果表明,认知差异：关键任务中,医生瞳孔扩张,具有更高的认知负荷;注意力差异：医生采用主次注意力分配策略,工程师采用平均注意力分配策略。关键任务中,医生相较于工程师注意力集中,扫视幅度小,信息搜索效率高;器械关注度：非关键器械中,工程师设计冗余,超出医生的实际需求;器械评价指标关注度：安全性是共同关注的指标,舒适度相关评价差异性大。可见,应关注设计者角度和使用者角度存在的差异,找到设计和优化关键点,从医生临床实际需求出发进行手术器械的优化与设计,提高手术器械的可用性。     

茄子采摘机器人运动学分析与工作空间仿真

为实现4自由度关节式茄子采摘机器人的精确控制,对其进行了运动学分析和工作空间仿真.利用Dellavit-Hartenberg方法建立了机器人运动学模型,得到了机器人的运动学正解;根据机器人的工作特点,采用简化的反变换法求解机器人运动学逆解.采用基于Matlab的数值解法求解了机器人的工作空间,并进行了仿真.工作空问仿真结果表明:设计开发的4自由度采摘机器人结构设计合理,能够满足温室栽培模式下茄子采摘的要求.     

微创玻璃体切割术的发展与现状

微创玻璃体切割术是近年来玻璃体手术领域的研究热点,越来越多的应用于玻璃体视网膜疾病的治疗．近年来由于手术器械、手术技术的发展,微创玻璃体切割不断发展和创新．笔者对近几年国内外微创玻璃体切割术的研究进展及现状进行了综述,包括25G和23G微创玻璃体切割术的概念更新、手术器械改进、适应症改变、联合白内障手术、机器人辅助技术等．     

外来手术器械在消毒供应中心存在的问题及管理对策

分析外来手术器械存在的问题,完善消毒供应中心对外来手术器械的管理,保证消毒灭菌质量。针对2010年5月至2012年5月期间外来器械存在的问题,制定出相应的管理对策。提高消毒供应中心工作人员的素质,规范外来器械处理中的工作流程及严密的交接制度,使外来手术器械管理更加科学合理。向规范化、制度化及科学化方向发展,有效地保障了病人的安全,保证了手术质量。     

基于复合摆线轨迹的四足机器人稳定性分析

为了缩短四足机器人的研发周期,进一步提高其运动稳定性,基于复合摆线轨迹对不同步态周期下四足机器人的稳定性进行了研究.给出了四足机器人结构设计,并建立运动学模型进行运动学分析.采用复合摆线法进行轨迹规划,然后进一步结合运动学模型得到各关节驱动函数,并将其导入到ADAMS模型中设置相关约束进行动力学仿真.将机体翻转角作为主...     

基于虚拟夹具的微创外科手术机器人运动约束研究

机器人辅助微创外科手术(RMIS)技术能够显著提高外科医生对手术的执行能力.然而,现有的机器人主从遥操作模式下所存在的不足之处(如手眼协调性差、可视空间狭窄、力反馈信息的缺失等)容易导致医生产生过度操作而引起机器人执行机构的碰撞干涉(包括机械臂之间的碰撞干涉及内窥镜杆与手术器械杆的碰撞干涉)和手术器械末端脱离手术视野,由此带来的安全性问题不容忽视.本文提出了一种基于虚拟夹具的微创外科手术机器人空间运动约束方法,以"MicroHand S"机器人系统作为应用平台,在进行机械臂构型及运动学分析的基础上,针对上述问题展开研究,通过构建碰撞干涉检测模型实时监测机器人执行机构之间及机器人与环境物体之间的相对距离,并设置相应的安全预警区域,采用人工势场与虚拟代理点相结合的方式对机器人执行机构的运动空间加以限制,从而达到对医生的操作动作进行合理的引导与约束,提高手术效率与操作安全性的目的.该方法无需构建复杂的几何模型,虚拟夹具的定义方便快捷,对于其他主从操作模式下的微创外科手术机器人系统及类似的人机交互环境具有普适意义.最终的虚拟仿真实验结果表明,在有、无虚拟夹具两种操作环境下,实验参与人员的表现有着明显的差异,从而验证了所提出方法的有效性.     

基于MATLAB的主操作手运动学分析及仿真

为实现对泌尿外科微创手术机器人的远程操作,给出一种用于位姿定位的主操作手结构.首先,根据手术任务确定主操作手的运动形式和自由度;其次,采用改进的D-H法建立主操作手的运动学模型,分析其正、逆运动学和轨迹规划问题;最后,运用MATLAB软件对其进行运动学建模和仿真,得到主操作手的关节位移、关节速度、关节加速度随时间的变化曲线.结果验证了运动学模型的正确性和主操作手参数设计的合理性,为主操作手的进一步研制提供了理论基础.     

紧凑型微创手术机器人的设计与实现

紧凑型微创手术(MIS)机器人的开发对微创手术技术的推广具有重要意义.在深入分析造成da Vinci微创机器人体积庞大的原因的基础上,开发了一种紧凑型微创手术机器人系统.通过添加双被动关节的方式实现了机器人从操作手的紧凑设计,并提出了与该从操作手相匹配的运动支点预估算法;针对从操作手的应用需求,设计出一种具有末端自转功能的新型微创器械,该器械有助于降低机器人辅助微创手术的操作难度;结合器械的构型特点,设计了机器人主操手,并建立了微创机器人主从运动映射模型,解决了传统微创手术中存在的眼手运动不一致问题.利用所开发的系统样机进行了系列验证性实验以及动物实验,充分验证了所提出的微创手术机器人设计方案的可行性.     

按压胆囊的微创手术操作仿真

针对使用机器人进行腹腔微创胆囊手术仿真时胆囊的变形问题,研究了按压胆囊时胆囊的变形过程.建立了胆囊及其附属管路的几何模型,针对该几何模型建立了基于弹簧-质点模型的力学模型.提出了使用手术器械按压胆囊时的手术仿真算法,对该仿真算法进行了验证.图形反馈表明该算法可以实现胆囊及其附属管路的按压操作仿真,其图形反馈较为真实,实时性也较好.仿真结果表明:该算法可用于医学仿真,可实际应用于胆囊及其附属管路的操作仿真.     

多自由度双柔性杆月壤取样器

针对小型单杆式柔性臂月壤取样器的不足,设计并实现了一种多自由度双柔性杆月壤取样器.首先介绍了该取样器的机械结构设计,并在结构设计的基础上采用D-H法则进行了多自由度机械臂的坐标设定和运动学分析.由于该月壤取样器采用柔性的开口圆柱形薄壳杆作为其取样臂,所以在运动学分析中加入了柔性变量,以符合实际控制精度的要求.实验证明引入柔性变量的运动学算法能够对取样器进行满足精度要求的控制,其取样头部最大定位误差为2.8mm.多自由度双柔性杆月壤取样器在保留了小型单杆式柔性臂月壤取样器优点的基础上,提高了工作稳定性和取样的下钻力,实验确定了双柔性杆在取样长度为700 mm时能够承受的最大轴向力为36.4 N,满足工作需求.     

基于MATLAB的五轴坡口切割机器人运动学分析与仿真

设计了一种新型的基于机器视觉的五轴坡口切割机器人,用于满足加工平面钢材的坡口切割作业.首先,建立了五轴坡口切割机器人的SOLIWWORKS模型,验证机器人机械本体的设计是否可以满足工作要求;其次,根据SOLIDWORKS模型建立机器人的DH参数表和DH坐标简图;然后,通过机器人的齐次变换对机器人进行正运动学和逆运动学分析,从数值角度对机器人的结构合理性进行分析;最后,利用MATLAB软件对机器人进行运动学建模与仿真.用MATLAB对机器人进行运动学仿真,主要分为对机器人进行静态模型仿真,机器人的末端操作器运动空间仿真和不同路径轨迹规划下的机器人末端操作器运动仿真.通过仿真模型证明了机器人机械结构设计的可行性,为机器人控制系统和控制算法的设计提供理论支持.     

“J_z—1”型颈椎病手术器械的使用及临床疗效(附30例严重颈椎病等前路手术效果观察)

作者通过多年尸体试验及临床试用,改进了一些颈推病手术器械,初步研制成一套简易特殊器械,定名为Jz—1型颈椎手术器械包本文介绍该手术器械的设计特点及使用方法。并论述了对颈推病颈手术特殊器械改进,目的在于减少术中的震动,避免神经根及脊髓等的损伤,因而术前的病椎X线片测量及器械安全设备装置显得更为重要。作者应用Jz—1型颈推手术器械在临床上治疗30例严重颈椎病等患者(皆行前路手术),经复查,近期效果优良者占94.5％,术后未发现任何严重并发症。     

迎宾机器人机械臂机构创新设计及外观设计研究

<正>本次设计以山东大学和齐鲁医院的合作命题"迎宾机器人设计"为依托,力图对现有的技术和产品形态进行改良。在结构设计方面,采用无纸化的作业方式,利用三维实体软件Pro/E进行结构设计,利用ADAMS软件进行运动学分析和仿     

一种力感知型手术器械驱动装置的设计与实现

为了增强医生手术操作的临场感,设计了一种力感知型手术器械驱动装置,在非常紧凑的空间内同时实现了手术器械旋转、俯仰、偏航和开合4自由度的传动和力感知功能.对力感知组件中关键组件弹性变形体的三种结构设计方案进行对比与优化,确定了一种可行且易于加工的弹性变形体结构,并试制了力感知手术器械驱动装置样机;提出了一种通过惠斯通电桥间接测量该变形体变形来测量力/力矩的方案,根据应变片阻值变化测量手术器械各自由度力/力矩,实验验证了弹性体设计方案简单可行.提出的力感知型手术器械驱动模块具有成本低、运动灵活、力测量精度适中且易于消毒的特点.     

一种丝传动柔性手术器械的运动精度检测方法

自然腔道手术是经过自然体腔进入人体进行诊断的一种新型手术模式,手术过程中使用的柔性微创手术器械的运动精度检测对术中操作质量具有重要意义.在复杂的自然体腔环境下,针对丝传动柔性手术器械存在末端控制不稳、腔内操作受限的问题,提出了一种非接触式运动精度检测方法.该方法以自然腔道手术器械为研究对象,基于光学成像原理及图像处理方法检测手术器械的位置信息,具有通用性和易操作性.在此基础上进行固定角度摆动的单目运动精度检测实验,发现获取目标的位置坐标具有分布趋势,因此在单目检测的基础上,增加光轴垂直布置的相机,改进了获取目标位置坐标的计算方法,搭建采用双摄像机的优化测量实验平台.与单目视觉检测相比,优化实验水平方向的平均精度从±1.19 mm提升到±0.85 mm,方差从0.04减小为0.02;竖直方向的平均精度从±1.28 mm提升到±0.90 mm,方差从0.07减小为0.04,说明测量结果彼此波动的程度减小,可以直观地对器械运动精度进行评价.最后,通过提出精度影响指标w验证了图像处理过程的稳定性;通过全局误差点分布箱图说明了改进后的算法对相对误差点的集中化,进一步说明此方法优化提取数据,对运动精度检测具有可行性.     

基于谐波齿轮传动的风阀执行器传动结构设计与静力学分析

对风阀执行器的传动结构进行设计,选择谐波齿轮传动为其传动结构.首先对谐波齿轮传动进行方案选择和结构设计,然后利用SolidWorks建立了机构的三维模型,导入ADAMS中进行运动学仿真分析,利用ANSYS进行静力学分析.研究结果表明,所设计的传动结构合理可靠,可达到风阀执行器的设计要求.