消除手术机器人人手抖动问题的研究

论文摘要

主从式手术机器人在微创手术中发挥着越来越重要的作用,对主手机器人的要求也越来越高。本文主要研究消除手术机器人人手抖动的问题。首先,本文介绍了人手抖动的背景和意义,分析了产生抖动的原因,对近些年来国内外研究消除人手抖动相关发展状况和趋势做了概括,并分析了其优缺点。然后,介绍了自适应信号处理的技术及其应用,在此基础上,决定采用最小均方（LMS）自适应算法和递推最小二乘（RLS）自适应算法来消除人手抖动信号,并详细地介绍了上述两种原理和方法。其次,介绍了机器人的工作空间,根据确定的手术机器人的构型和尺度,引入D-H参数法对其进行运动学建模,得到其运动学方程。最后,经过对人手的抖动信号的分析后,借用一套手术机器人主手,采集其关节量数据并进行运动学正解,采取LMS和RLS两种自适应算法处理计算后,观察两种方法的效果,并总结其优缺点,其中RLS算法在很大程度上实时地消除了人手抖动对手术的影响,提高了手术的准确性。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究的背景和意义
• 1.3 手术机器人消抖的研究状况及发展趋势
• 1.3.1 国外发展状况
• 1.3.2 国内发展状况
• 1.4 需要解决问题
• 1.5 本文研究的内容与框架
• 第二章 自适应滤波
• 2.1 引言
• 2.2 自适应信号处理系统及其应用
• 2.2.1 自适应信号处理应用
• 2.2.2 自适应信号处理理论和方法
• 2.3 自适应滤波器
• 2.3.1 衡量自适应滤波器的性能指标
• 2.3.2 自适应滤波器原理的频域解释
• 2.4 最小均方（LMS）算法
• 2.4.1 代价函数、最优权矢量和误差性能曲面
• 2.4.2 最陡下降法
• 2.4.3 最小均方LMS算法
• 2.4.4 提高LMS收敛速度的方法
• 2.5 递推最小二乘（RLS）算法
• 2.5.1 最小二乘滤波方程
• 2.5.2 递推最小二乘（RLS）算法
• 2.6 本章小结
• 第三章 具有力感觉的通用手术主手模型
• 3.1 工作空间概述
• 3.2 通用手术机器人主手运动学模型建立
• 3.3 D-H参数法
• 3.4 通用手术机器人主手齐次坐标和运动学方程建立
• 3.5 本章小结
• 第四章 消除手术机器人抖动的仿真实验
• 4.1 仿真原理
• 4.2 MATLAB工具
• 4.2.1 MATLAB简介
• 4.2.2 Simulink仿真工具
• 4.2.3 MATLAB功能和特点
• 4.3 人手抖动信号分析
• 4.4 仿真实验及其分析
• 4.4.1 最小均方（LMS）算法仿真
• 4.4.2 递推最小二乘（RLS）算法仿真
• 4.4.3 RLS与LMS算法的比较
• 4.5 本章小结
• 第五章 全文总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢