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题目:复位机器人的多模信息控制器研究

关键词:骨折复位机器人、多模信息、肌骨系统、Stewart、液压传动、多遮挡环境下视觉导航、仿真

  摘要



机器人辅助骨折复位是医疗机器人在外科领域的前沿性研究之一,为了最大化地发挥机器人辅助医疗的优势,就需要确保机器人手术在临床应用中的可实现性和安全性,因此有必要在骨折复位机器人中引入多模信息控制器。所谓多模信息控制器,就是尽可能地获得临床中能够测量到的各种数据并加以融合,从而得出合理的控制决策。

本文从临床环境中对多模信息融合的需求分析开始,从其总体结构设计展开,着重于多模信息控制器的各个子模块设计以及整体设计,包括了:

肌骨信息融合平台:综合应用了病人骨折形态信息,肌肉参数等信息,并在ADAMS中建立对应的肌骨仿真模型,对医生的复位规划进行仿真,分析复位过程各条肌肉拉伸情况,帮助选取最优复位规划路径。

复位机器人信息融合平台:综合应用了复位机器人系统的结构、传动刚度等信息,编写了对应的控制算法。传动特性通过数学计算和仿真获得并使用Matlab构建了液压传动模型;使用ADAMS构建了复位机器人模型,并通过Matlab和ADAMS的联合仿真,模拟了液压传动的复位机器人系统对断骨的复位过程。

多遮挡环境下的视觉融合:通过视觉导航反馈的多目标信息融合,来减少视觉导航被遮挡的概率,使用归一化算法融合多目标信息来获得视觉导航反馈的最优线性估值,确保反馈量的可靠性。

最后基于以上各个模块进行了总体多模信息控制器的结构设计,其综合考虑了复位过程中病人和复位机器人控制的全局信息。各模块的仿真和实验结果表明,以上工作为骨折复位机器人在临床上的应用奠定了理论和仿真的基础。