微創(chuàng)機器人機構(gòu)設(shè)計方法與主從映射策略研究.pdf

1、本文密切結(jié)合我國對高端治療裝備的需求，圍繞手術(shù)機器人系統(tǒng)的若干基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)，以腹部微創(chuàng)手術(shù)為典型應用對象，開發(fā)主從一體式微創(chuàng)手術(shù)機器人系統(tǒng)樣機。全文取得如下創(chuàng)造性成果：
　　利用集成創(chuàng)新的概念，并結(jié)合雙平行四邊形機構(gòu)的優(yōu)點，提出了一種新型的滿足微創(chuàng)約束的構(gòu)型形式，并在運動空間/機構(gòu)體積約束下，對該機構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計。該機構(gòu)已成功應用于我國首臺主從式腹腔微創(chuàng)手術(shù)機器人“MicroHandA”中。
　　為增加滿足微創(chuàng)手術(shù)約

2、束條件機構(gòu)的多樣性，結(jié)合經(jīng)典Sarrus機構(gòu)的運動特點，提出了一種基于相交平面的空間RCM機構(gòu)綜合方法。利用本方法，通過在平面內(nèi)設(shè)計不同類型的串聯(lián)機構(gòu)，可以得到多種不同類型的新型閉環(huán)RCM機構(gòu)，部分機構(gòu)具有向臨床應用轉(zhuǎn)化的潛力。
　　在機器人初始位姿優(yōu)化方面，以機器人的可達性為約束條件，以全局條件數(shù)指標為優(yōu)化目標，建立了一類采用添加被動關(guān)節(jié)方式實現(xiàn)微創(chuàng)約束的機器人術(shù)前位姿優(yōu)化流程，并通過算例驗證了所建流程的有效性。
　　針對

3、傳統(tǒng)微創(chuàng)操作中存在的困難，建立了運動一致性控制、相對式運動控制和增量式控制等控制策略，實現(xiàn)了操作者對手術(shù)工具末端運動的直覺控制。根據(jù)上述策略的需求，進一步建立了機器人主從空間運動的映射方法和各功能的實現(xiàn)流程。
　　在保證輔助手術(shù)的流暢性與安全性方面，設(shè)計人工干預映射策略，建立了手術(shù)工具撤離與安裝時的機器人安全運動算法，并重點研究了保證電氣系統(tǒng)安全性的手段。
　　在新型微創(chuàng)手術(shù)機器人系統(tǒng)設(shè)計方面，創(chuàng)造性地提出了主從一體式微創(chuàng)機