文档介绍：河北工业大学硕士学位论文
医疗机器人主操作臂控制系统的研究
摘要
医疗机器人的发展对传统医学和世界经济产生很大的影响,因而受到了世界各国的重
视。而在主从遥操作中应用力反馈技术是目前医疗机器人的研究热点之一,力反馈主操作
手和力感觉从操作手是主从力反馈控制系统的重要组成部分。
本文针对河北省自然科学基金资助项目——《医疗机器人主操作臂动力学特性及其数
字化操作技术研究》研究课题,以课题组开发的主操作手模型为核心,提出主从控制系统
总体设计方案和控制策略,开发主从医疗机器人控制系统仿真平台,并构建单自由的主从
控制实验系统。
本文的工作主要集中在以下几个方面:
、国内外研究现状进行了概述,并介绍了其相关的关
键技术与存在的问题。
,提出主从医疗机器人控制系统的
总体设计思想和方案,确定了各控制单元的硬件组成并分析了其功能作用,确定控制软件
的流程图及功能模块的划分。
,确定控制系统的操作模式、控制策略及对 PID 控制器的设计。对所
设计的主操作臂三维模型进行了结构简化,通过 D—H 方法推导主操作臂的运动学方程,
建立主操作臂的运动控制数学模型。
,基于 Microsoft Windows XP 操作系统,以 NI 公司的
为开发平台,设计控制系统界面,开发医疗机器人主从操作臂的控制系统仿
真软件,并构建单自由的主从控制实验平台,验证上述方案的可行性。
综上所述,本文提出了控制系统总体构架和理论依据,从控制策略、运动学建模与软
件的编制等方面对进行了探讨和尝试,为后续工作的开展奠定了实际操作的基础,并探索
出了一种行之有效的方法。
关键词:医疗机器人,主操作臂,主从控制,PID 控制
i
医疗机器人主操作臂控制系统的研究
RESEARCH ON CONTROL SYSTEM OF MASTER
MANIPULATOR FOR MEDICAL ROBOT
ABSTRACT
The development of medical robot has the significant influence in traditional medicine and
world economy, thus it have attracted the attention of the world. At present, the research of
medical robot is at the ceaselessly progressing and developing stage. Force feedback technique
in master-slave teleoperation is one of the most important research fields in medical robot, and
haptic master manipulator and tactile slave manipulator are necessary parts of the master-slave
force feedback control system.
Aimed at the work of “The research of dynamics characteristic of medical robot’s master
manipulator and its digitized operation technology” which is supported by the Natural Science
Foundation of Hebei Province, taking the master manipulator as the core which has been
established by research team, this paper has advanced the design scheme and control strategy of
the master-slave control system, developed the simulation platform, and constructed a single
freedom-degree experiment for master-slave control.
The main task