腹腔镜手术培训系统开发

论文摘要

本文结合微创手术机器人项目的研发,以开发腹腔镜手术培训机系统为目标,根据手术操作过程对手术培训机的结构进行设计,采用光电传感器对手术器械的角位移进行数据采集,通过微处理器和PC机对采集到的数据进行传输和处理,实现了将手术器械的位姿变化量到计算机能够识别的数据的转化,完成了手术培训机系统开发的基本任务。本人在系统原理分析、机械结构设计、信号采集、数据处理传输等方面进行了大量工作。首先,在详细分析外科医生在操作手术器械进行腹腔镜手术过程的基础上,根据刚体运动学原理确立了四自由度运动的结构设计方案,并建立了系统运动的约束方程。其次,利用AutoCAD软件对所建立的原理结构进行机构设计,逐步对系统的各零部件及基座等进行设计,最后采用Pro/E软件进行模拟安装,建构了手术培训机的系统模型。最后,通过设计开发的光电传感器对手术器械机械位移进行采样,通过多路选择器将光电传感器同单片机连接,并选取单片机与PC机建立串行异步传输的通讯协议,完成了手术器械同计算机之间数据传输的任务。因此,作为微创外科手术推广的关键性设备,手术培训机的项目的研发,将有助于提高提高外科医生的业务水平,增强他们手术过程中的自信心,并且对于改善人们的健康状况和生活质量具有一定的影响。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 微创手术简介
• 1.1.1 微创手术的概念
• 1.1.2 微创手术的产生
• 1.1.3 微创手术的发展和现状
• 1.2 微创手术的应用前景
• 1.3 课题的提出及意义
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第二章 手术培训机的结构原理设计
• 2.1 引言
• 2.2 模拟器械自由度确立
• 2.3 模拟器械上坐标系的建立
• 2.4 运动规律的实现
• 2.4.1 机械传动结构
• 2.4.2 绝对坐标系的确立
• 2.5 手术培训机原理结构
• 第三章 手术培训机建模
• 3.1 引言
• 3.2 手术培训机传动结构的设计
• 3.2.1 系统传动比的计算
• 3.2.2 减速器的选择
• 3.3 手术培训机机械结构的设计
• 3.3.1 框架、支架及支撑座的设计
• 3.3.2 箱体、手术器械及底座等构件的设计
• 3.3.3 啮合齿轮副的设计
• 3.3.4 其余零部件的选取
• 3.4 三维建模
• 第四章 信号采集
• 4.1 引言
• 4.2 传感器
• 4.2.1 电位计
• 4.2.2 传感器设计思想
• 4.2.3 鼠标器工作原理
• 4.3 传感器的设计
• 4.3.1 光电耦合器的工作原理
• 4.3.2 光电耦合器的抗干扰措施
• 4.3.3 光电传感器的计数原理
• 4.3.4 转动方向的检测原理
• 4.4 光电耦合器件的外形设计
• 4.4.1 透光齿盘的设计
• 4.4.2 光电耦合器件基座
• 4.5 系统整体结构优化
• 第五章 系统硬件接口
• 5.1 前言
• 5.2 系统硬件接口
• 5.2.1 多路选择器
• 5.2.2 系统硬件接口电路
• 5.3 单片机应用
• 5.4 串行通讯
• 5.4.1 通讯协议的构成
• 5.4.2 通讯处理程序
• 5.4.3 上位机数据处理
• 第六章 结论和建议
• 6.1 本文结论
• 6.2 建议
• 发表论文和科研情况说明
• 参考文献
• 致谢