血管机器人建模及姿态轨迹跟踪控制方法研究

发布时间：2022-10-08 17:48

　　近年来,在科技蓬勃发展的同时,不规律的生活习惯使越来越多的人们被心脑血管疾病所困扰。由于传统的手术治疗具有辐射伤害大、术后创口大且恢复缓慢的缺点,而微创手术独有的特点使其可以克服传统手术治疗的不足,从而成为了医学界关注的热点。将微创手术与机器人技术结合起来已经是医学界的主流发展趋势,有着广阔的发展前景。血管机器人是针对心脑血管疾病问题尝试的一种新方法,在血管机器人的辅助下可以大量减少传统手术带来的伤害,因而对血管机器人的研究逐渐演变为医学界的重要研究方向。本文选取血管机器人为研究对象,该机器人具有螺旋尾部结构,具有较好的动力性能。为了精确描述血管机器人平移,旋转,俯仰等多种运动模式,建立了血管机器人运动学及动力学模型,设计视重补偿器来抵消视重力的下沉偏移作用,设计滑模控制器及自适应滑模控制器,证明控制器的稳定性并进行仿真验证。首先,考虑到血管机器人的姿态轨迹耦合影响,利用对偶四元数理论对血管机器人的姿态运动与轨迹运动同时进行描述,建立了血管机器人姿态轨迹一体化的运动学和动力学模型。相较于其他的运动描述方法,用对偶四元数对血管机器人进行建模描述形式更为精炼,降低了数据运算难度。其次,针对... 

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 血管机器人国内外研究现状
        1.2.1 血管机器人国内研究现状
        1.2.2 血管机器人国外研究现状
    1.3 磁控机器人外磁场与控制策略研究现状
        1.3.1 磁控机器人外磁场研究现状
        1.3.2 磁控机器人控制系统研究现状
    1.4 研究内容及章节安排
第2章 血管机器人姿轨一体化运动学和动力学建模
    2.1 引言
    2.2 磁驱动原理
        2.2.1 三维旋转磁场生成原理
        2.2.2 磁控血管机器人驱动原理
    2.3 坐标系定义
    2.4 四元数
        2.4.1 四元数定义与基本运算
        2.4.2 基于单位四元数的血管机器人姿态运动学建模
    2.5 对偶数及其相关理论
        2.5.1 对偶数
        2.5.2 对偶矢量
        2.5.3 对偶质量与对偶动量
    2.6 对偶四元数
        2.6.1 对偶四元数及其基本运算
        2.6.2 基于对偶四元数的血管机器人姿轨一体化运动学方程
        2.6.3 基于对偶四元数的血管机器人姿轨一体化动力学方程
    2.7 本章小结
第3章 血管机器人姿轨一体化滑模变结构控制
    3.1 引言
    3.2 视重补偿器设计
    3.3 滑模变结构控制器设计
        3.3.1 滑模变结构控制基本原理
        3.3.2 血管机器人姿轨一体化滑模控制器设计
    3.4 滑模控制器稳定性证明
    3.5 姿态轨迹运动仿真结果分析
        3.5.1 直线型运动轨迹跟踪
        3.5.2 曲线型运动轨迹跟踪
    3.6 本章小结
第4章 血管机器人姿轨一体化自适应滑模控制
    4.1 引言
    4.2 自适应滑模控制器设计
    4.3 自适应滑模控制器稳定性证明
    4.4 姿态轨迹运动仿真结果分析
        4.4.1 直线型运动轨迹跟踪
        4.4.2 曲线型运动轨迹跟踪
    4.5 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 研究展望
参考文献
作者简介及在学期间科研成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]一种三轴方形亥姆霍兹线圈磁场发生装置设计[J]. 张竞文,刘一琦,吴荣兵,孙宇婷,杜弼彤,张卓然.  电工材料. 2018(02)
[2]血管结构对血管机器人外流场的影响研究[J]. 江帆,黄春燕,王一军,胡一丹.  科学技术与工程. 2014(02)
[3]不同血管条件下的血管机器人外流场对比分析[J]. 江帆,黄春燕,区嘉洁,龙云.  广州大学学报(自然科学版). 2013(06)
[4]螺旋驱动血管机器人外结构参数优化[J]. 江帆,黄春燕,杨鹏海,龙云.  宁夏大学学报(自然科学版). 2013(04)
[5]胶囊机器人弯曲环境内万向旋转磁矢量控制原理[J]. 张永顺,王娜,杜春雨,孙颖,王殿龙.  中国科学:技术科学. 2013(03)
[6]方形亥姆霍兹线圈磁场系统均匀性分析[J]. 刘坤,张松勇,顾伟.  现代电子技术. 2012(07)
[7]微创血管介入手术机器人控制系统与零位定位装置设计[J]. 段星光,陈悦,于华涛.  机器人. 2012(02)
[8]双螺旋驱动的血管机器人绿色设计(英文)[J]. 江帆,何华.  广州大学学报(自然科学版). 2012(01)
[9]脉动流场中血管微型机器人的运行研究[J]. 梁亮,彭辉,陈柏.  中南大学学报(自然科学版). 2011(12)
[10]生命科学的发展对医学的影响[J]. 黄国琼,秦宇彤,罗长坤.  医学与哲学(人文社会医学版). 2011(02)

博士论文
[1]航天器姿轨一体化动力学建模、控制与导航方法研究[D]. 王剑颖.哈尔滨工业大学 2013

硕士论文
[1]螺旋型血管机器人建模及轨迹跟踪控制方法研究[D]. 韩阳.吉林大学 2019
[2]航天器姿轨系统自抗扰控制方法研究[D]. 苏琳琳.吉林大学 2019
[3]螺旋形血管机器人建模及控制方法研究[D]. 刘月.吉林大学 2018
[4]基于三维可变磁场微机器人磁驱动控制技术的研究[D]. 宋时间.哈尔滨工业大学 2018
[5]空间万向旋转磁场叠加参数优化设计[D]. 董昌华.大连理工大学 2016
[6]微型机器人外磁场驱动理论及实现方法研究[D]. 朱淑强.东北大学 2013
[7]基于对偶四元数的航天器姿轨一体化动力学建模与控制[D]. 张洪珠.哈尔滨工业大学 2010
[8]磁控微型机器人驱动控制特性的研究[D]. 张瑞侠.大连理工大学 2005



本文编号：3688155