五自由度前列腺穿刺活检机器人的控制系统设计

【摘要】当今，机器人技术发展迅速，在工业、农业、航天等领域里机器人已被广泛的应用。而医疗机器人的开发也已成为机器人领域中现今世界各国研究的热门课题。借此，本课题面向前列腺穿刺活检技术，为前列腺穿刺活检机器人的运动控制系统进行了设计及开发。该运动系统具有操作简单、定位精准、性价比高等特点，不仅在一定程度上减轻了医生的工作负担，而且还提高了前列腺癌的检出率。本文的主要研究内容如下：首先，分析五自由度前列腺活检机器人本体的结构特点，建立机器人的运动学模型。根据D-H法以及运动学知识建立了正运动学模型，推导出关节空间与工作空间的转换关系。又建立了逆运动学模型，求得隐式解，建立了末端执行机构的工作空间与关节空间的映射关系。其次，在分析了本系统的速度、精度等控制要求后，采取了以PC上位机加PMAC运动控制卡的总体控制方案。探究了PMAC运动控制卡的控制原理，选择了电机驱动器和限位开关，完成了前列腺活检机器人的整体硬件结构搭建。再次，软件系统设计基于模块化的思想，把系统分为六个模块，设计了系统的控制界面，采用VisualC++编程软件，通过调用Pcomm32动态链接库，完成了基于PMAC运动控制卡的前列腺活检机器人的运动控制。最后，对本控制系统引入了PID伺服环调节系统。在对各项运动机构的动态特性检测之后，搭建了机器人整体系统的实验平台。通过实验，将测量的实际运动位置与指定的位置进行比较得出误差值，并对误差产生的原因进行了分析，结果证实了为本机器人设计的控制系统满足可靠性及精确性的要求。
【作者】李佳钰；
【导师】张永德；
【作者基本信息】哈尔滨理工大学，机械电子工程，2013，硕士
【关键词】前列腺穿刺活检；运动学分析；PMAC控制器；PID；

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