机械臂辅助3D腹腔镜下小儿肾盂成形术手术配合

回顾性分析14例行机械臂辅助3D腹腔镜下肾盂成形术患儿的临床资料,经充分的术前准备和针对性的术中配合,所有患儿均顺利完成手术,未发生因护理人员配合不当而影响手术进程的不良事件,无中转开腹,无机械故障。

机械臂辅助3D系统在完全腹腔镜胃癌根治术中的临床应用

目的探讨机械臂辅助3D系统在完全腹腔镜胃癌D2根治术中的临床应用,评估其安全性和可行性。方法回顾性分析2014年10月至2015年8月广东省中医院胃肠外科应用机械臂辅助3D系统实施完全腹腔镜胃癌D2根治术18例。分析患者基线资料、术中及术后结果。结果18例患者均完成3D腹腔镜手术。1例胃体癌患者行全胃切除术时术中因脾脏撕裂出血,中转为手助扶镜并顺利完成手术。术后并发症发生率为11.2%,包括1例(5.6%)肺部感染和1例(5.6%)炎性肠梗阻,均经保守治疗后痊愈出院。远端胃癌D2根治术平均手术时间为(232.8±58.3)min,全胃切除D2根治术平均手术时间为(287.3±67.9)min,术中失血量为(122.5±55.7)ml,首次排气时间为(47.9±19.7)h,恢复流质饮食时间为(74.6±20.9)h,术后住院时间为(10.2±4.7)d。平均淋巴结清扫数目为(29.8±11.3)枚。结论机械臂辅助系统在完全3D腹腔镜胃癌D2根治术中的临床应用是安全、可行的。

Mediflex加强臂夹持器辅助单人3D腹腔镜行胆囊切除术1例

通过对1例采用Mediflex加强臂夹持器辅助单人3D腹腔镜行胆囊切除术患者的临床资料总结,探讨一种"廉价机器人手术"的可行性。Mediflex加强臂夹持器代替持镜助手能避免图像抖动,提供清晰、稳定的图像,节约人力资源,提高手术效率并降低手术风险,值得临床上进一步深入研究。

面向机械臂3D打印的曲面分区算法

多自由度机械臂3D打印能够突破传统平面分层熔融沉积3D打印工艺单一模型生长方向的限制,支持多方向打印。曲面分层和分区规划是机械臂打印的前提。对于具有多支柱结构或曲面变化率较大的模型经过曲面分层后,会呈现出多岛屿的曲面结构特征。传统的基于空间与平面映射关联的分区方法及基于曲面曲率特性的分区方法存在点面信息丢失、区域关系无法准确构建、子区域数量过多、区域划分不合理等问题。针对这些问题,提出基于曲面分层的复杂多岛屿分区方法。通过遍历每个曲面层信息,判断需要分区的曲面层;采用广度优先搜索算法提取同一封闭区域内的点面信息以及轮廓信息;依据原曲面层点面信息的关联将新存储的面片信息进行更新组合成新的曲面完成区域划分。最终,对具有多支柱结构和外表面凹凸变化较大的两种模型进行分区,路径规划的仿真及机械臂3D打印实验证明了该分区方法的可行性。

智能机器人臂辅助3D高清腹腔镜下远端胃癌根治手术护理

腹腔镜是科技与医学结合的优秀典范,自腹腔镜应用于临床近三十年来,已发生了许多改进与革新[1]。自1998年开始,我院经历了普通大电视标清时代、高清液晶显示器至2014年的3D高清腹腔镜时代。2014年2月我院引进美国蛇牌爱因斯坦智能机器人臂辅助3D腹腔镜系统,已应用于肝胆外、胃肠外、胸外等腹腔镜手术,效果满意,现将术中问题及手术配合总结报道如下。

基于机械臂的多向3D打印系统

随着3D打印制造技术日渐成熟,以龙门式框架为基础的传统3D打印设备的支撑问题和仅沿单一方向成型的问题逐渐显现,不能最大程度发挥材料性能,直接导致其无法用于主承力件或结构件,仅能作为快速原型示例使用,而不能满足实际力学性能和表面质量的需求。为此,基于EPSON六轴机械臂,设计构建了用于空间曲面3D打印的机电系统及配套路径生成方案,并以几种典型的基本模型为范例进行了实际加工测试。结果表明:所提出的曲面3D打印系统可以根据设计路径完整进行空间3D打印,传统加工过程中必需的额外支撑完全不再需要,大幅节省了后处理所需时间和所需原材料,相比传统方法节省材料90%以上,材料利用率接近100%,得到的模型工件表面质量良好,实验结果符合预期。

基于Unity3D的档案抓取机械臂仿真系统设计与实现

随着工业领域对无人化和自动化的需求增加,多自由度机械臂在工业领域应用越来越广泛。基于Unity3D设计了一个六轴机械臂仿真系统应用于实体档案管理领域,该系统允许用户通过软件界面对虚拟机械臂进行运动控制,并实现机械臂以及末端夹具和工作环境之间的碰撞检测,确保系统安全执行任务。系统采用UGUI实现交互界面,使用Unity矩阵、向量接口实现正逆运动学算法,并使用Articulation动力学组件实现运动控制。针对碰撞问题,采用BoxCollider组件及OBB相交检测算法。给出了基于Unity3D的仿真界面图,并通过实例验证该系统能够安全平稳地执行任务。

机器人辅助、3D及传统腹腔镜在保留肾单位手术中的对比研究

目的 比较机器人辅助腹腔镜肾部分切除术（RAPN）、3D腹腔镜（3D）及传统腹腔镜（LPN）在肾肿瘤保留肾单位手术的疗效和临床使用价值。方法 回顾性分析该院2012年8月-2015年4月收治的腹腔镜保留肾单位手术90例肾肿瘤患者的临床资料,其中RAPN组21例、3D组30例和LPN组39例。比较3组手术时间、热缺血时间、术中出血量、引流管引流量、术后住院时间、住院费用及术后并发症情况的差异。结果 3组手术时间分别为（129.0±13.9）、（123.9±18.7）和（137.0±22.1）min,3D组与LPN组差异有统计学意义（P〈0.05）,RAPN组和3D组、LPN组差异无统计学意义（P〉0.05）;热缺血时间分别为（18.1±5.1）、（22.2±6.5）和（25.7±5.4）min,3组间差异均有统计学意义（PP〈0.05）;住院费用分别为（46 858.3±3 057.2）、（21 904.8±2 404.3）和（21 019.7±1 478.9）元,RAPN组与3D组、LPN组差异有统计学意义（P〈0.05）,3D组和LPN组差异无统计学意义（P〉0.05）;术中出血量、引流管引流量、术后住院时间各组间差异均无统计学意义（P〉0.05）;3D组1例切口延迟愈合,LPN组1例切口延迟愈合和2例肾周血肿,保守治疗后均治愈,3组手术切缘均阴性;随访1~32个月,未见复发和转移,肾功能正常。结论 传统腹腔镜推广简单且费用少;3D腹腔镜的三维视野和经济性的优势有着广阔的应用前景;机器人辅助腹腔镜手术操作最灵活,将成为未来医学发展的主流术式。

面向3D打印的排爆机械臂栅格优化

文中以排爆机器人机械臂为研究对象,设计了一种面向3D打印的排爆机械臂。通过SolidWorks建立机械臂三维模型,采用ANSYS Workbench对原始大臂进行静力学分析,再根据分析结果对机械臂大臂进行拓扑优化。在满足大臂工作要求的前提下,采用Altair Inspire为拓扑优化大臂分别填充3种不同直径的栅格结构。通过Inspire对优化后的大臂进行静力学分析,与原始大臂相比,优化后的机械臂不仅满足工作要求,且自身质量减小,提升了机械臂的承载能力与末端执行器精度,增强了排爆工作的安全性。采用3D打印技术制造的机械臂,解决了优化大臂模型复杂、加工困难的问题,提高了设计制造的效率。

多自由度机械臂直写3D打印过程的可变角度参数影响研究

为解决传统三轴打印在曲面领域制备能力不足的瓶颈,克服阶梯效应等缺陷,本文设计研发了一种基于多自由度机械臂的直写式3D打印平台,并采用硅橡胶材料开展打印实验,系统研究了喷头打印角度对线条几何形状和多层线条成型效果的影响,最终制备出高保形性的结构样品。研究表明:改变喷头引导角进行打印时,随着喷头引导角度的增大,硅泡沫线条宽度的一致性更高,且引导角大于0°时所打印的线条横截面形状规则,多层结构的成型效果良好,并可改善大跨距下的线条塌陷问题。本文实验结果揭示了打印高保形性硅泡沫的多角度工艺规律,与传统的竖直方向或法线方向相比,喷头引导角大于0°时打印的硅泡沫结构保形性更高,可为曲面传感器、共形天线等对保形性要求较高的应用场合提供借鉴指导。

基于机械臂的异形构件3D打印装置及其日常应用探讨

3D打印作为近些年出现的新兴材料制作技术,具有生产速度快、材料环保、建设成本低、节省劳动力、造型个性化等优势,是突破传统建造技艺的一项伟大发明,3D打印技术不断在各个行业发挥优势。基于机械臂的异形构件3D打印装置能够利用上述优点在各领域中发挥重要作用,以满足日常生活的需求。

基于Unity3D的数字孪生机械臂抓取系统研究

基于Unity3D平台设计了虚拟机械臂抓取系统,通过Geo magic Touch力反馈设备实现对虚拟空间中机械臂的抓取控制。首先使用SolidWorks建模软件构造机械臂的三维模型,然后导入到3dsMax中对机械臂模型进行顶点和面的优化调整,最后在Unity3D中构建虚拟机械臂模型。通过数字孪生技术将虚拟机械臂与Geo magic Touch设备进行关节匹配,结合碰撞检测技术,将夹爪的网格模型在脚本控制下与设备按键匹配,最终实现了机械臂与力反馈设备实时信息交互与抓取控制。

胃癌患者完全3D腹腔镜与腹腔镜辅助全胃切除、食管空肠Roux-en-Y吻合术围术期疗效比较

背景腹腔镜手术已获得普遍应用,但一部分研究者仍对完全腹腔镜技术持观望态度。目的 比较完全腹腔镜与腹腔镜辅助两种手术方式在根治性全胃切除、食管空肠Roux-en-Y吻合术的围术期疗效。方法 回顾性分析解放军总医院第一医学中心普通外科2018年1月-2020年12月采用根治性全胃切除、Roux-en-Y吻合术治疗的155例胃癌患者临床资料,年龄52~72岁,男性86例,女性69例,其中87例行完全腹腔镜手术(T组),68行腹腔镜辅助手术(L组)。比较两组手术时间、术中出血量、手术切口长度、术后拔除胃管时间、术后排气时间、总住院时间、吻合口瘘发生率、吻合口出血发生率、十二指肠残端瘘发生率、术后切缘阳性率、淋巴结检出数及阳性率等。结果 两组患者年龄、性别、体质量指数、肿瘤TNM分期等临床基线资料差异无统计学意义(P均>0.05);完全腹腔镜手术组的术中出血量[(58.20±38.80) mL vs (98.13±47.87) mL,P<0.05]、手术切口长度[(4.03±1.03) cm vs.(10.99±1.01) cm,P<0.05]、术后拔除胃管时间[(13.43±1.57) h vs (63.01±21.29) h,P<0.05]、术后排气时间[(40.08±19.98) h vs (64.58±28.08) h,P<0.05]、总住院时间[(7.55±1.55) d vs (8.97±2.03) d,P<0.05]均优于腹腔镜辅助手术组;而两组在手术时间、淋巴结阳性检出率和术后近期并发症发生情况等方面的差异无统计学意义(P均>0.05)。结论 完全3D腹腔镜根治性全胃切除、食管空肠Roux-en-Y吻合术可以达到更好的临床效果,与腹腔镜辅助手术方法相比有手术创伤小、恢复快的特点。

机器人辅助腹腔镜联合3D血管打印治疗化疗后Ⅲc期非精原细胞瘤1例报告

目前国内对临床Ⅱ期或者分期更晚的化疗后非精原细胞瘤(non-seminomatous germ cell tumor,NSGCT)手术治疗报道较少。近日四川大学华西医院应用机器人辅助腹腔镜系统联合3D血管打印技术成功为1例NSGCTⅢc期的患者实施手术,术中精准靶向切除腹膜后残留肿块,现报道如下。

3D打印联合关节镜下机械臂辅助经皮螺钉内固定治疗跟骨骨折

背景:跟骨骨折治疗经历了漫长历史,传统L形入路是临床应用最广泛的手术入路,其暴露充分,但术后并发症较高,如何在减少术后并发症前提下实现跟骨骨折精准内固定是目前医学界研究的方向,3D打印、关节镜及机器人辅助技术为此提供了新的治疗思路。目的:探讨3D打印联合距下关节镜监视下机械臂辅助经皮螺钉内固定治疗跟骨骨折的临床效果。方法:纳入62例SandersⅡ,Ⅲ型跟骨骨折患者,随机分为2组,观察组30例行3D打印联合距下关节镜监视下机械臂辅助经皮螺钉内固定治疗,传统组32例行传统L形入路手术。记录并对比两组术前等待时间、手术时间、螺钉置入精准率、术中透视次数、出血量、术后并发症发生率、骨折愈合时间、跟骨宽度、Bohler角、Gissane角等恢复情况,另外进行目测类比评分及Maryland评分。结果与结论:①观察组术前等待时间、手术时间、术中透视次数、出血量、术后并发症发生率、骨折愈合时间均少于传统组(P<0.05);②观察组螺钉置入精准率高于传统组(P<0.05);③两组术后目测类比评分及Maryland评分比较,差异无显著性意义(P>0.05);④提示3D打印联合距下关节镜监视下机械臂辅助经皮螺钉内固定治疗跟骨骨折切口微创、术前等待时间短、手术时间短、螺钉置入精准、术后并发症低、骨折愈合快,是个性化治疗跟骨骨折疗效可靠的治疗方案。

中间入路腹腔镜辅助D3淋巴结廓清术治疗右半结肠癌的临床效果观察

目的探讨右半结肠癌患者采用中间入路腹腔镜辅助D3淋巴结廓清术治疗的近期及远期疗效。方法对81例右半结肠癌患者实施中间入路D3淋巴结廓清术治疗,根据患者意愿分为腹腔镜组(44例)和传统开腹手术组(开腹组)37例,比较两组患者的手术情况、远期生存率及生活质量差异。结果腹腔镜组的术中出血量、术后排气时间、进食流质饮食时间、住院时间均显著的短于开腹手术组,差异有统计学意义(P<0.05);腹腔镜手术组患者术后并发症率显著的低于开腹手术组,差异有统计学意义(P<0.05)。腹腔镜组患者3年无进展生存时间为12个月、开腹手术组为10个月,差异无统计学意义(P>0.05)。腹腔镜组的总生存中位时间为34个月、开腹手术组为33个月,两组比较差异无统计学意义(P>0.05)。腹腔镜组患者术后3年的平均生存质量得分中:躯体、角色、情感、总体健康状况得分均显著高于开腹手术组患者,差异有统计学意义(P<0.05)。结论右半结肠癌患者采用中间入路腹腔镜辅助D3淋巴结廓清术治疗可以获得与传统开腹手术相同的手术效果,同时具有术后并发症率低、术中创伤小、术后患者的生存质量高等优点。

3D混杂场景中机械臂自主分拣小目标的方法

为解决机械臂在大小目标共存的3D混杂场景中无法利用3D视觉传感器直接感知分布于操作视场范围内的小目标这一难题,提出一种基于“固定安装的全局Kinect深度相机”与“安装在机械臂末端执行器上的移动相机(手眼相机)”相结合的视觉系统混合配置方法.固定的全局Kinect深度相机用于感知并获取视场范围内的大目标点云,进而识别估计其位姿,然后借助路径规划技术引导机械臂到达大目标的上方,启动手眼相机近距离获取小目标的图像;离线阶段获取小目标的CAD模型,虚拟2D相机在以目标中心为球心的虚拟球表面的不同位姿和不同半径处拍摄目标的一系列二维视图,并且储存在目标的3D形状模板数据库中;在线阶段从真实手眼相机拍摄的场景图像中基于图像金字塔分层逐一搜索匹配,找到与目标模板相匹配的所有实例并计算其二维位姿,经过一系列转换后得到在相机坐标系下的初始三维位姿,应用非线性最小二乘法对其进行位姿修正.由ABB机械臂和微软KinectV2传感器以及维视图像公司的工业相机进行位姿估计精度实验和混杂目标分拣实验,利用棋盘标定板来测定目标真实的位姿.实验结果表明,位置精度0.48mm,姿态精度0.62°,平均识别时间1.85s,识别率达到98%,远高于传统的基于特征和基于描述符的位姿估计方法,从而证明了提出方法的有效性和可行性.

一种开放式机械臂3D虚拟仿真平台快速构建方法

针对机械臂三维运动仿真及在线实时控制,提出了一种高效开放式的机械臂3D虚拟仿真平台快速构建方法。该方法以具有强大数据处理能力的MATLAB软件为构建平台,充分将SolidWorks专业实体建模软件、Robotics Toolbox中的实用建模函数、MATLAB的GUI交互设计和MATLAB 3D动画及显示技术等功能结合并应用到机器人虚拟仿真平台构建中,构建可视化程度高、高效运行且具有强大输入输出功能、模型细节显示逼真的机械臂3D虚拟仿真平台。以笔者所在课题组构建的雄克六自由度模块化机器人手臂为例,深入详细地阐述了所提出的仿真平台快速构建方法的实施步骤,最终得到一个开放程度高、可视化程度逼真的该机械臂3D虚拟仿真平台。最后给出了仿真平台的部分显示效果图,测试结果表明,使用该方法能够实现机械臂3D虚拟仿真平台的快速构建,并且该平台具有良好的实用性和可操作性,能够满足科研和教学的需要,验证了本方法的有效性。

基于体素的机械臂连续碳纤维3D打印路径规划

碳纤维长纤3D打印对路径的连续性和复杂构型的无支撑成型均提出了需求。传统三轴熔融沉积3D打印采用平面切片和基于轮廓的路径规划方法,由于成型方向的单一性,悬空结构无法避免支撑的产生;由于采用基于轮廓的路径规划,缺少内部几何信息,无法扩展到曲面空间。针对以上问题,提出了基于机械臂的连续碳纤维3D打印曲面切片和曲面连续路径规划方法。通过三维模型的体素化处理,保证空间信息的完整性;在无支撑无碰撞约束下,分解成系列体素曲面层,保证无支撑成型;采用Fast Marching网格测地线算法,形成曲面空间的连续等距螺旋偏置路径,并对路径进行平滑优化,保证路径的连续性;最后生成用于机械臂3D打印的Gcode路径文件。通过多种三维模型路径规划仿真对比和打印实验,证明了该方法的可行性,实现了曲面分层的无支撑连续路径规划。

机械臂虚拟控制中的Java3D设计技术

利用Java3D技术对机械臂仿真控制进行研究。将机械臂关节、连杆及被抓物等映射为Java3D对象,并运用各种行为对象模拟机械臂的动作过程。探讨解决了一些设计上的问题,诸如构造场景图与几何建模、坐标变换迭代算法、碰撞响应处理等。给出了几个行之有效的编程方法及代码实例。