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http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/15778
標題: | 骨科手術機器人中力量控制與影像伺服之探討 Study of the Force Control and Visual Servoing via an Orthopedic Surgical Robot |
作者: | Wei-Sheng Huang 黃瑋勝 |
指導教授: | 顏炳郎(Ping-Lang Yen) |
關鍵字: | 全膝關節置換手術,電腦輔助手術系統,手術導航,力量控制, total knee replacement (TKR),computer-assisted surgery system,navigation,force control, |
出版年 : | 2012 |
學位: | 碩士 |
摘要: | 退化性關節炎病患經口服藥物及物理治療無效後,膝關節置換手術是最佳的治療方式。膝關節置換手術乃是將磨損及受到傷害的軟骨及部分周邊骨頭切除,最後置入人工膝關節以取代切除的部分,以期病患可以順利運動。為了提升置換手術的精確性及穩定度,現今有許多電腦輔助手術系統的產生來輔助醫生以取代傳統器械的置換方式。
本論文以機械手臂結合導航技術應用在膝關節切骨作為研究主軸,探討機器視覺即時量測骨頭在切骨過程中的移動並進行移動補償,免除固定病患下肢的侵入性。另外並結合機械手臂輔助骨頭切除,透過力量感測器來量測斷醫生的施力作為機器手臂輔助骨頭切除的移動命令,協同醫生進行切割手術。 當機器手臂透過機器視覺對於病體移動,將其補償位置訊號傳至機器手臂;同時機械手臂接收醫生給予力量感測器上的訊號當作移動命令,此兩種命令對於機器手臂與操作者所產生的交互作用,當對系統穩定性與操控性的影響進行分析。本論文嘗試建立一動態控制模型來對手術輔助機器人的機器視覺以及力量控制進行分析。 透過模擬分析,當機器手臂碰觸之物體越硬,造成振動之幅度也相對增加,同時也會被當作力量雜訊與醫生所施的力量訊號一同被力量感測器所接收,透過加入等效阻尼可將此震動所產生的力量雜訊降低,並提高系統之穩定性,根據初步的實驗結果顯示所提出之方法有效改善整個手術輔助機器人系統之穩定性。 Total knee replacement (TKR) is usually taken for patients with degenerative arthritis. The TKR surgery is to cut off the injured cartilage and replace with the artificial knee joint. The success of TKP is highly related to the accuracy and stability of the artificial implant, thus many computer-assisted surgery systems have been developed and proven to be more accurate than the traditional counterpart. The study is to focus on robot-assisted surgical system where an ABB robot arm with TKR navigation software has been used. The robot is under visual servo control together with admittance force control. In such way, the pose relationship between the cutter and the bone can be fixed, and the robot can also perform bone cutting for the operator. However, the robot with visual servo and force control, will interact with human operator may cause stability issue. The main purpose of the study is to build up a dynamic control model to analyze this issue. Through the preliminary analysis, stability can be deteriorated when the robot arm contacts the hard surroundings. This problem can be effectively solved by introducing an additional contact damping to the controller. |
URI: | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/15778 |
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顯示於系所單位: | 生物機電工程學系 |
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