基于旋量理论的主动介入导管运动学研究  

Kinematics Modeling of Intervention Active Catheter Based on Screw Theory

作　　者：张健[1] 陈柏[1] 陈笋[2] 耿令波[3] 吴洪涛[1] 

机构地区：[1]南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016 [2]上海交通大学医学院附属新华医院,上海200092 [3]沈阳自动化研究所,辽宁沈阳110016

出　　处：《机械与电子》2014年第5期8-12,共5页Machinery & Electronics

基　　金：国家"八六三"科技计划项目(2013AA041004);国家自然科学基金资助项目(51075209);江苏省自然科学基金资助项目(BK2012798);江苏省产学研联合创新资金--前瞻性联合研究资助项目(BY2012011);南京市科委产学研计划资助项目(201204014);上海市科委科技计划资助项目(124119a3900);上海交通大学医工交叉资助项目(YG2011MS08)

摘　　要：针对介入手术操作环境几何特征各异的特点,为提高介入设备的通用性,提出一种由记忆合金丝SMA(shape memory alloy)与绳索混合驱动的模块化主动介入导管机器人。采用旋量理论和指数积POE(product of exponentials formula)方法推导建立了3关节主动介入导管运动数学模型,对介入导管机器人的工作空间及运动仿真分析,结果验证了所建立运动学模型的正确性。所采用方法大大降低了多节主动介入导管运动学模型的复杂性,为介入导管机器人的实际应用奠定了理论基础。Considering complex and changeable characteristics of the operating environment for the surgical intervention, the paper proposes a SMA （shape memory alloy） and the cable hybrid - driven modular catheter to improve the versatility of in- terventional devices. Screw and POE （product of exponentials formula） method were used to estab- lish the kinematics model of a threejoint inter- ventional active catheter. According to the mathe- matical model, the workspace and motion simula-tion of the active catheter were analyzed by the use of Mathematica. The simulation results verified the effectiveness and correctness of the kinematics model, and the approach greatly reduced the complexity of kinematics model for multi - section interventional catheter, which makes a theoretical foundation for the practical application of interventional catheter robot.

关 键 词：主动介入导管 指数积方法 运动学 运动仿真 工作空间 

分 类 号：TP242.3[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]