主从超声扫描机器人力反馈主手研制及控制方法研究

作     者：于传友 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李长乐

授予年度：2022年

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 1004[医学-公共卫生与预防医学(可授医学、理学学位)] 08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 10[医学] 

主      题：力反馈主手 力反馈控制 主从超声扫描 主从控制 

摘      要：超声医学结合了医学、光学、电子学及声学等学科,是一门多学科融合的技术,在预防、诊断、治疗疾病中有很高的价值。超声成像技术与其他成像技术相比,拥有实时性好、安全无创、价格低廉、患者无痛苦等优点,广泛应用于多种临床检查。主从超声扫描作为机器人超声扫描的一个分支,在医患隔离、远程医疗援助以及减轻超声科医生工作负担上有着不可替代的作用。本文将研制主从超声扫描机器人力反馈主手,并开展主手控制系统、控制方法以及主从超声扫描机器人系统的研究。首先,本课题将深入研究医学超声扫描的基本动作,分析超声扫描探头的运动方式、运动空间及受力情况,并结合医学超声扫描检查的工作空间需求,构建主从超声扫描机器人系统,确定力反馈主手的构型,并设计适用于主从超声扫描机器人的力反馈主手。其次,本课题将建立主手的运动学和动力学模型,对主手进行仿真验证,并以满足工作空间为前提,将可操作度作为优化目标,采用遗传算法工具对主手结构参数进行优化,确定主手的结构参数,研制力反馈主手样机。再次,将开展力反馈主手的控制系统的设计工作,搭建基于EtherCAT总线的主手控制系统。将研究力反馈主手的重力平衡策略、力反馈控制原理,设计力反馈主手的控制软件,实现主手的力反馈控制;将研究主从超声扫描机器人的控制策略以及主从映射方法,实现主从超声扫描机器人系统的主从控制。最后,将搭建主从超声扫描机器人实验平台,对主从超声扫描机器人系统进行综合实验。对力反馈主手位置、姿态、精度、重力平衡效果及力反馈性能进行实验验证。对主从控制系统算法及主从超声扫描机器人功能进行实验验证,以验证本文所研制的主从超声扫描机器人系统及力反馈主手的功能。