Кинематический анализ кардиального катетера для обеспечения роботизированных миниинвазивных операций
Разработка и моделирование роботизированного катетерного устройства для транспортировки специального медицинского инструмента по венозным каналам.
ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………………………………………………….. 8
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ……………………………………………………………………………………………….. 9
1.1 СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ …………………………………………………………………….. 9
1.2 ОПЕРАЦИИ НА СЕРДЦЕ …………………………………………………………………………………………….. 9
1.3 МАЛОИНВАЗИВНЫЕ ОПЕРАЦИИ ……………………………………………………………………………….. 10
1.4 КАТЕТЕРНЫЕ ПРОЦЕДУРЫ ………………………………………………………………………………………. 10
1.5 КАТЕТЕРЫ ……………………………………………………………………………………………………………. 12
1.5.1 Ручные катетеры …………………………………………………………………………………………… 12
1.5.2 Катетеры роботизированные ………………………………………………………………………….. 14
1.6 КОНСТРУКЦИЯ РОБОТИЗИРОВАННЫХ КАТЕТЕРОВ ……………………………………………………….. 15
1.6.1 Шарниры, используемые в роботизированных катетерах………………………………….. 17
1.6.2 Актуаторы…………………………………………………………………………………………………….. 18
1.7 МАТЕРИАЛЫ ………………………………………………………………………………………………………… 21
1.8 КИНЕМАТИКА ………………………………………………………………………………………………………. 22
1.8.1 Прямая кинематика ……………………………………………………………………………………….. 22
1.8.2 Обратная кинематика …………………………………………………………………………………….. 23
1.8.3 Эвристический алгоритм FABRIK ………………………………………………………………….. 23
1.9 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………………….. 24
2 КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ……………………………………………………………………………….. 25
2.1 ПРЯМАЯ КИНЕМАТИКА…………………………………………………………………………………………… 25
2.2 ОБРАТНАЯ КИНЕМАТИКА ……………………………………………………………………………………….. 29
2.2.1 Обратная кинематика для одной секции ………………………………………………………….. 29
2.2.2 Обратная кинематика для нескольких секций ………………………………………………….. 31
2.2.3 Описание работы алгоритма …………………………………………………………………………… 34
3 КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ ………………………………………………………………………………….. 41
3.1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ РОБОТИЗИРОВАННОГО КАТЕТЕРА …………………………………………………… 41
3.1.1 Составление технического задания …………………………………………………………………. 41
3.1.2 Описание конструкции катетера …………………………………………………………………….. 41
3.2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТЕНДА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ………………………………………………………… 43
3.2.1 Составление технического задания …………………………………………………………………. 43
3.2.2 Описание конструкции стенда ………………………………………………………………………… 43
3.3 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СБОРКИ СТЕНДА ………………………………………………………………. 44
3.3.1 Маршрутный лист …………………………………………………………………………………………. 44
3.3.2 Нормирование технологического процесса сборки …………………………………………… 46
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ………………………………………………………………………………………………………….. 48
4.1 ПОДГОТОВКА К ЭКСПЕРИМЕНТУ………………………………………………………………………………. 48
4.2 ЭКСПЕРИМЕНТ ……………………………………………………………………………………………………… 48
4.3 ВЫВОДЫ ……………………………………………………………………………………………………………… 53
5 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ …………………………………………………………………………………………….. 55
5.1 ПРЕДПРОЕКТНЫЙ АНАЛИЗ ………………………………………………………………………………………. 55
5.2 АНАЛИЗ КОНКУРЕНТНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ С ПОЗИЦИИ РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТИ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ …………………………………………………………………………………………………. 56
5.3 FAST-АНАЛИЗ ……………………………………………………………………………………………………… 58
5.3 SWOT-АНАЛИЗ…………………………………………………………………………………………………….. 62
5.4 ИНИЦИАЦИЯ ПРОЕКТА …………………………………………………………………………………………… 63
5.4.1 Цели и результат проекта ………………………………………………………………………………. 63
5.4.2 Организационная структура проекта ………………………………………………………………. 64
5.4.3 Ограничения и допущения проекта …………………………………………………………………. 65
5.5 ПЛАН ПРОЕКТА …………………………………………………………………………………………………….. 65
5.6 БЮДЖЕТ НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ……………………………………………………………………….. 68
5.6.1 Сырье, материалы, покупные изделия и полуфабрикаты…………………………………… 68
5.6.2 Заработная плата …………………………………………………………………………………………… 69
5.6.3 Отчисления на социальные нужды ………………………………………………………………….. 71
5.6.4 Накладные расходы ……………………………………………………………………………………….. 71
5.7 РЕЕСТР РИСКОВ ПРОЕКТА ……………………………………………………………………………………….. 72
5.8 МАТРИЦА ОТВЕТСТВЕННОСТИ ………………………………………………………………………………… 73
5.9 ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЕКТА ………………………………………………. 74
5.10 ОЦЕНКА НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ НИР ………………………………………………………. 74
5.11 ОЦЕНКА СРАВНИТЕЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ …………………………………….. 77
5.11.1 Интегральный показатель финансовой эффективности …………………………………… 77
5.11.2 Интегральный показатель ресурсоэффективности ………………………………………….. 78
5.11.3 Интегральный показатель эффективности разработки …………………………………….. 79
6 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ……………………………………………………………………… 82
6.1 АНАЛИЗ ОПАСНЫХ И ВРЕДНЫХ ФАКТОРОВ ………………………………………………………………… 82
6.1.1 Микроклимат в помещении ……………………………………………………………………………. 83
6.1.2 Производственный шум …………………………………………………………………………………. 85
6.1.3 Освещение ……………………………………………………………………………………………………. 87
6.1.4 Повышенная напряженность электрического поля …………………………………………… 91
6.2 ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ…………………………………………………………………………………….. 92
6.3 ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ……………………………………………………………………………….. 94
6.4 ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ ……………………………………………………………………………………. 96
6.5. ЗАКОНОДАТЕЛЬНЫЕ АКТЫ …………………………………………………………………………………….. 97
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ………………………………………………………….. 99
ПРИЛОЖЕНИЕ A ……………………………………………………………………………………………………… 102
ПРИЛОЖЕНИЕ Б ……………………………………………………………………………………………………… 118
ПРИЛОЖЕНИЕ В ……………………………………………………………………………………………………… 119
ПРИЛОЖЕНИЕ Г ……………………………………………………………………………………………………… 121
Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) – это группа болезней сердца и
кровеносных сосудов. Причинами ССЗ являются нарушения деятельности
сердца и кровеносных сосудов. В число этих заболеваний входят ишемическая
болезнь сердца, цереброваскулярная болезнь, повышенное кровяное давление,
ревматический порок сердца, врожденный порок сердца.
На данный момент одним из наиболее прогрессивных методов лечения
данных заболеваний является кардиальная катетеризация – минимально
инвазивная процедура, выполняемая путем вставки катетерной трубки через
небольшой разрез в бедренную вену и продвижение катетера через вену в сердце.
Целью этой интервенционной процедуры является достижение определенных
мест внутри сердца и проведение обследования или лечения.
В современных роботизированных системах используются катетеры с
несколькими секциями изгиба. Они совершают движения относительно друг
друга и тем самым достигают требуемой точки. На данный момент
позиционирование кончика катетера осуществляется хирургом вручную.
Основная проблема, связанная с управлением и позиционированием
катетера, связана с перемещением катетера в нужное место и
позиционированием наконечника инструмента. Однако цель не только
достигнуть требуемого места, но и правильно сориентировать инструмент.
В настоящее время существуют алгоритмы обратной кинематики,
позволяющие осуществить автоматическое позиционирование катетера в
определенной точке. Однако они либо не способны контролировать ориентацию
кончика катетера [1–4], либо предназначены для работы с катетером, состоящим
только из одной секции изгиба [5].
В данной работе представлен алгоритм обратной кинематики, который
способен обеспечить достижение требуемой точки с учетом заданной
ориентации для катетера с несколькими секциями.
1 Обзор литературы
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (18 отзывов)
4.9 (20 отзывов)
4.9 (522 отзыва)
5 (44 отзыва)
4.2 (6 отзывов)
4.8 (17 отзывов)
4.8 (13 отзывов)
5 (20 отзывов)
5 (145 отзывов)
