具有力反馈的虚拟手术设备的研究与实现

虚拟手术是虚拟现实技术在医学领域的重要应用,医生借助虚拟手术系统与虚拟环境进行交互,可以进行手术规划、手术培训和远程手术。虚拟手术系统中的力反馈设备是其重要组成部分,也是制约当前虚拟手术发展的瓶颈问题之一。力反馈技术可以使医生获得与虚拟对象交互产生的力觉,如同进行真实手术操作一样,可以使训练更真实、准确、可靠。虚拟手术系统的开发和利用可以节约培训医务人员的成本和时间。 本文首先深入研究了虚拟手术系统中力反馈设备的工作原理和关键技术。然后,针对虚拟手术技术在介入手术培训中的应用,研制了一套虚拟介入手术设备。对该设备的研制包括设备整体设计方案的确定、驱动执行元件和传感器的选择、机械结构的设计与制造、设备整体装配与调试。最后,介绍了软件系统的整体架构,并编写了电机的控制驱动程序和用户界面。 本文在对五维力反馈设备进行调试后,针对调试中发现的问题,对设备进行了优化设计,主要包括线传动装置的优化设计、设备快速响应性的优化(主要包括减速比的优化设计和运动零件的结构优化)和设备机械结构的优化设计。最后对优化后的设备进行了装配调试。