单孔腔内微型机器人外科手术系统优化设计与控制技术研究

课题结合当前外科手术追求微创的临床需求和国际机器人辅助微创外科手术技术的最新发展，对单孔腔内微型机器人外科手术系统优化设计与控制技术进行研究。首先研究微型手术机器人在体内复杂生物特性约束下的行为规律，建立"生机电"一体化模型，在此基础上，采用结构功能一体化设计理论和技术实现柔性冗余微器械臂的优化设计和机构综合。并基于自运动流形理论，解决柔性冗余微器械臂在自运动混沌情况下的运动规划，同时研究其在非完整约束下的欠驱动控制方法。在理论研究的基础上，建立单孔腔内微型手术机器人实验样机，通过仿真、模型和活体动物实验，验证各项理论和技术的正确性和可行性。同时对该技术在临床中的应用进行可行性研究，为下一步构建临床实用化系统并开展临床应用研究提供理论和技术基础。该课题研究不仅对新一代微型化、更微创化的医疗机器人设计理论提供理论支持，而且针对临床需要、解决临床问题，具有重要的科学意义和实际价值。

单孔腹腔微创手术是一种只需要在腹腔开一个孔的微小创伤型手术，它不仅具有与传统多孔微创外科手术和普通开放式手术同等的疗效，还具有创伤小、疼痛轻、术后恢复快和创口美观性好等优点。.本课题面向当前微创外科手术的临床需求和机器人辅助微创外科手术技术的发展趋势，对经单孔腔内微型机器人的基础理论和关键共性技术进行了研究。课题针对单孔腔内微创外科手术小型化、集成化的临床需求，开展了单孔微型外科手术机器人系统的设计与集成，并对集成化程度更高的末端器械进行研究。同时对机器人系统所采用的多冗余度连续体机器人关键技术展开了前沿性的研究，包括系统力学模型框架、多冗余度连续体机器人运动学创新模型、基于相对刚度的多目标优化等技术，并通过实验验证了关键技术的准确性。最终，建立了单孔腔内微型手术机器人系统，进行了验证实验。.课题发表论文10篇，其中SCI论文3篇（包含JCR一区1篇，JCR二区1篇），EI收录论文7篇；授权国家发明专利1项，受理国家发明专利5项；培养学术带头人1人；博士研究生4人，硕士研究生2人。本课题的研究不仅是对新一代微型化、集成化的医疗机器人设计理论提供有益的探索和支持，对我国医疗机器人发展具有重要的理论意义和实际价值。