虚拟手术力反馈设备关键技术研究

【摘要】本文通过虚拟现实技术在医学领域的应用研究，借鉴国内外虚拟手术系统的研究成果，分析已有虚拟手术系统力反馈设备的结构与缺陷。针对以往设备的不足在力反馈设备机械结构与控制系统上进行了创新设计与改进。本文力反馈设备机械结构的设计主要为了提高虚拟手术系统的力觉感知效果，并实现多种手术器械的模拟。将手术器械根据自由度数目进行分类，把具有相同自由度数目的手术器械进行统一设计，并且不同设备上的同类自由度实现方式设计一致，实现力反馈设备的模块化设计。针对平动自由度与滚动自由度的不同，分别提出带传动与齿轮传动来实现。并对驱动元件与设计元件进行合理选型，对设备进行了运动学与静力学分析。最后通过Admas软件对力反馈设备机械装置进行建模与仿真。力反馈设备控制系统的设计精度决定了虚拟手术反馈力的实现精度。本文针对真实手术反馈力的精度要求，采用PLC作为控制元件实现反馈力的驱动。对传统PID控制理论进行了改进，研究控制系统在PID闭环控制中的控制参数选取，确保实现手术反馈力的精度要求。对控制系统的控制流程进行了说明，进行了控制系统软硬件设计。并通过Matlab软件对力反馈设备的控制系统PID控制模型进行建模与仿真分析，与其他两组控制参数下的输出转速曲线进行比较，证明本研究选取的控制参数合理，可以满足力反馈设备对力的精度要求。最后对力反馈设备机械装置与控制系统进行了联合仿真，得出仿真结果与理论值吻合，且对比理论值具有良好的跟踪特性，证明本文研究的的力反馈设备机械装置与控制系统是可行的。
【作者】迟翔；
【导师】王沫楠；
【作者基本信息】哈尔滨理工大学，机械电子工程，2012，硕士
【关键词】力反馈设备；机械结构；控制系统；联合仿真；

【参考文献】
[1]白英英.我国财政分权对地方财政赤字规模的影响研究[D].首都经济贸易大学,财政学,2013,硕士.
[2]赵冬媛.图像测量中综合标定算法的研究[D].辽宁大学,计算机应用技术,2012,硕士.
[3]范建忠,马千里.基于WINPCAP的GOOSE报文捕获分析工具开发[J].电力系统自动化,2007,23:52-56.
[4]雷武臣.交流伺服驱动系统的仿真及DSP实现[D].华南理工大学,机械电子工程,2014,硕士.
[5]吴立洁.三七根际土壤中酚酸类物质化感作用及其干预措施研究[D].北京中医药大学,中药生药学,2014,硕士.
[6]魏寒.超高分子量聚乙烯在γ射线作用下的预辐照接枝改性[D].东华大学,材料加工工程,2013,硕士.
[7]王钲.论商业银行对文化创意产业的融资与风险防范[D].首都经济贸易大学,金融学,2013,硕士.
[8]亓迪.中国商业银行国际化进程中的分析与研究[D].天津财经大学,金融学,2012,硕士.
[9]励佳.硫酸根自由基与联苯的反应研究[D].复旦大学,环境工程,2010,硕士.
[10]吉海燕.镉诱发自噬和mTOR通路激活在神经细胞死亡中作用及机理研究[D].南京师范大学,生理学,2012,硕士.
[11]符龙飞.广西喀斯特洞穴楼梯草属物种多样性及适应机制研究[D].广西师范大学,生态学,2013,硕士.
[12]崔超.姜科香料精油抗氧化及防霉效用的研究[D].西北大学,中药学（专业学位）,2014,硕士.
[13]周竞良.WTO体制内中国稀土出口管制措施的合规性研究[D].复旦大学,国际法,2012,硕士.
[14]孔艳丽.电厂原煤仓堵煤机理试验研究[D].浙江大学,热能工程,2013,硕士.
[15]梁玉泉.GPRS通信技术在配电网自动化中的应用研究[D].华北电力大学（河北）,电气工程,2004,硕士.
[16]仝营,彭梁,钟崴,童水光.基于热力性能机理模型与模糊综合评价的锅炉受热面吹灰优化[J].热力发电,2015,02:74-80.
[17]王晓庆.皇太极时期习惯法研究[D].辽宁大学,法律史,2012,硕士.
[18]韩萍,李晓茹,谷正,宋国君.石墨烯的制备研究进展[J].渤海大学学报(自然科学版),2014,03:294-298.
[19]蔡阿利.油气润滑系统的设计与性能研究[D].北方工业大学,机械电子工程,2014,硕士.
[20]梁健.直供氧式旋流燃烧器设计与试验研究[D].华中科技大学,热能工程,2013,硕士.
[21]王小飞.商业银行风险、效率和资本相互关系研究[D].重庆大学,金融学,2014,硕士.
[22]李思维,王修华,江岩.数据仓库建设:我国商业银行与国际接轨的先锋[J].湖南商学院学报,2005,05:65-68.
[23]孙大鹏.美国风险投资对我国的启示[D].吉林大学,世界经济,2004,硕士.
[24]郭金亮.EVOH磺酸锂单离子锂离子电池隔膜的研究[D].哈尔滨理工大学,高分子化学与物理,2012,硕士.
[25]赵德川.钨—氧簇合物的设计、合成与表征[D].吉林大学,无机化学,2014,硕士.
[26]冯书兴.卫星系统综合效能分析研究[J].控制与决策,2003,06:740-743.
[27]李建国.正交镜像滤波器组的原理及实现[D].广东工业大学,电力电子与电力传动,2004,硕士.
[28]曾加东.大跨度桥梁塔区行车风环境研究[D].西南交通大学,建筑与土木工程,2013,硕士.
[29]宋词.盛世才时期新疆妇女协会研究[D].新疆大学,中国近现代史,2013,硕士.
[30]贾书岩.个人破产中自由财产规制的探究[D].扬州大学,民商法学,2012,硕士.
[31]李小遐.ExcelVBA在办公自动化中的应用[J].电子测试,2014,22:105-106+95.
[32]蔡涛.葡萄1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶（ACO）基因的表达特性及在番茄中过量表达的研究[D].南京农业大学,果树学,2013,硕士.
[33]周栋梁.挖泥船抓斗自动平挖电气控制系统研究与设计[D].武汉理工大学,电力电子与电力传动,2013,硕士.
[34]姚萍.罗尔斯的社会正义理论研究[D].江西师范大学,外国哲学,2004,硕士.
[35]李亚光　蒋如意　孙海燕.基于语音识别的万能遥控器的设计[J].电子技术与软件工程,2015,06:136-137.
[36]刘海峰.基于风险管理理论的政府安全生产监管模式研究[D].中国地质大学（北京）,安全工程,2014,硕士.
[37]刘子源.纪录片《热气球澳洲历险记》翻译实践报告[D].吉林大学,MTI,2013,硕士.
[38]刘慧荣.西安地区降水时空变化特征及预测研究[D].长安大学,水利工程（专业学位）,2014,硕士.
[39]田超.基于无人机的低空数码航摄系统集成研究[D].长安大学,测绘工程（专业学位）,2014,硕士.
[40]王冬柏.五种矿物固化剂对土壤镉污染的原位化学固定修复[D].中南林业科技大学,环境科学与工程,2014,硕士.
[41]杨青.简易垃圾填埋清场处置工程实验研究[D].华中科技大学,2004.
[42]汪新凡.模糊数直觉模糊几何集成算子及其在决策中的应用[J].控制与决策,2008,06:607-612.
[43]张惠民.企业会计报表粉饰问题研究[D].大连理工大学,工商管理,2004,硕士.
[44]赵苗苗.基于模糊PID的线控液压转向系统路感控制研究与实现[D].南京农业大学,车辆工程,2011,硕士.
[45]幸高龙.中国房产税改革的政策研究[D].江西财经大学,财政学,2013,硕士.
[46]彭福军.裂殖酵母中Dnt1参与DNA损伤及修复的初步研究[D].厦门大学,生物化学与分子生物学,2014,硕士.
[47]焦绘宏.翻译理论与唐诗英译研究[D].河北师范大学,英语语言文学,2004,硕士.
[48]徐引弟.伪狂犬病病毒鄂A株BamHI5’片段gK、UL54、ORF-1基因的克隆与表达[D].华中农业大学,预防兽医学,2001,硕士.
[49]王应斌.基于主动轮廓模型的图像分割技术研究[D].湖南大学,信息与通信工程,2012,硕士.
[50]李亚楠.景观空间中肌理对人情感心理影响的研究[D].齐鲁工业大学,设计艺术学,2014,硕士.