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基于改进RRT算法的套管柔性针运动规划 被引量：8
1
作者 赵燕江 黄磊 +2 位作者 杜海艳 张永德 胡海龙 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期620-628,共9页
运动规划是运动控制的基础,然而套管柔性针穿刺软组织的运动规划问题面临着巨大的挑战:一方面由于套管柔性针的运动是个非完整约束运动,另一方面要求套管柔性针绕过人体的某些生理结构障碍和敏感组织准确穿刺靶点。基于分析现有运动规... 运动规划是运动控制的基础,然而套管柔性针穿刺软组织的运动规划问题面临着巨大的挑战:一方面由于套管柔性针的运动是个非完整约束运动,另一方面要求套管柔性针绕过人体的某些生理结构障碍和敏感组织准确穿刺靶点。基于分析现有运动规划算法存在的不足,提出基于改进的快速探索随机树(RRT)的套管柔性针运动规划算法。提出贪婪启发策略并结合可达引导策略来改进传统RRT算法;引入直线段路径,采用直线、曲线结合的路径形式;同时考虑入射姿态的规划。基于套管柔性针的运动学模型,分别在二维和三维有障碍环境下进行仿真研究。结果表明,所提出的运动规划算法不论是在运算速度和收敛性上还是在路径形式和搜索的鲁棒性上都优于目前普遍采用的运动规划算法。这些优势为将来的实时运动规划奠定基础。最后对规划的路径进行了穿刺实验,结果证明实验路径与规划路径十分吻合,验证了所提出的路径规划算法的正确性和规划路径的可行性。 展开更多
关键词 套管柔性针 运动规划 快速探索随机树 机器人辅助手术
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基于有限元的套管柔性针穿刺软组织弯曲建模研究 被引量：6
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作者 赵燕江 房玉康 +1 位作者 张永德 张瑞康 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期202-211,共10页
套管柔性针作为柔性针的一个重要分支,与其他传统的柔性针相比,在针体路径矫正、穿刺灵活性以及斜尖转角控制精度等方面具有巨大的优势。为深入研究套管柔性针穿刺机理,建立基于有限元的穿刺弯曲模型。分析软组织的生物力学特性,建立了... 套管柔性针作为柔性针的一个重要分支,与其他传统的柔性针相比,在针体路径矫正、穿刺灵活性以及斜尖转角控制精度等方面具有巨大的优势。为深入研究套管柔性针穿刺机理,建立基于有限元的穿刺弯曲模型。分析软组织的生物力学特性,建立了精确的软组织模型;对套管柔性针穿刺软组织进行受力分析,建立力学模型;在力学模型的基础上,建立套管柔性针穿刺软组织的弯曲模型,进行仿真研究。最后通过实验得到穿刺力-时间曲线和针弯曲变形曲线,并与仿真曲线进行比较。结果表明,仿真结果符合实验穿刺力的变化趋势,系统弯曲误差在2 mm以内,满足医学上的要求,验证了套管柔性针穿刺软组织的力学模型以及弯曲模型的正确性和合理性,为路径规划及控制奠定理论基础。 展开更多
关键词 套管柔性针 软组织建模 力学建模 弯曲模型 有限元分析
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应用TRIZ理论的套管柔性针穿刺机构设计 被引量：3
3
作者 赵燕江 王瑞雪 +2 位作者 张永德 武文强 王大斌 《哈尔滨理工大学学报》 CAS 北大核心 2016年第5期1-6,共6页
针对套管柔性针穿刺机构结构复杂的问题,依据穿刺运动自由度的要求,利用套叠发明原理,提出套管和针芯驱动机构套叠在一起的方案,有效地减少了穿刺机构的体积和重量,使结构更加紧凑.对套管柔性针在穿刺时需要支撑的问题,分别采用提取和... 针对套管柔性针穿刺机构结构复杂的问题,依据穿刺运动自由度的要求,利用套叠发明原理,提出套管和针芯驱动机构套叠在一起的方案,有效地减少了穿刺机构的体积和重量,使结构更加紧凑.对套管柔性针在穿刺时需要支撑的问题,分别采用提取和分离发明原理,提出采用离散的支撑块的方案,有效地缩短穿刺机构的尺寸和柔性针不可利用段的长度.利用物-场分析的方法,采用弹性连接带将各支撑块铰接在一起,实现联动,实时调整穿刺过程中支撑块间的位置,增强支撑效果. 展开更多
关键词 套管柔性针 穿刺机构 TRIZ 结构设计
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