面向微創(chuàng)腹腔外科手術的冗余自由度機械臂研究.pdf

1、機器人輔助微創(chuàng)外科手術具有創(chuàng)口小、定位精度高、操作靈活等優(yōu)點，能有效提高手術的質量和安全性，擴展醫(yī)生的操作能力，改善醫(yī)生的工作環(huán)境，因而引起了世界范圍內的廣泛關注，并取得了飛速的發(fā)展。微創(chuàng)外科手術機器人是綜合多個學科的新型交叉研究領域，具有重要的社會意義和經濟效益。
　　本文基于國家“863”計劃資助項目“微創(chuàng)腹腔外科手術機器人”，對面向微創(chuàng)腹腔外科手術的機械臂進行了相關研究。
　　首先，針對微創(chuàng)腹腔外科手術的任務特點對機械

2、臂的工作環(huán)境進行了分析，并歸納出機械臂的基本功能要求，在此基礎之上對機械臂的自由度配置和構型進行設計。根據不同的功能要求將機械臂分為臂定位機構，器械定位機構和器械接口三個部分，并分別對其進行具體的結構設計。
　　其次，基于D-H法建立了機械臂的運動學正解方程，并依據機械臂的構型特點和實際工作狀態(tài)，采用反變換法建立了機械臂的運動學逆解方程。在此基礎之上，利用雅克比矩陣的奇異值構造出機械臂運動性能的靈巧度評價指標，并以此作為優(yōu)化準側，

3、對機械臂進行結構尺寸優(yōu)化，最終確定了機械臂的各桿件參數。
　　再次，對機械臂的關節(jié)受力情況進行了分析，并利用動力學仿真軟件ADAMS對機械臂進行動力學仿真，進而確定了各主動關節(jié)的驅動電機型號。利用有限元法對機械臂的剛度和強度進行了校核。此外，為減少機械臂在手術過程的干涉，利用改進的投影梯度法，并采用最大距離指標作為優(yōu)化目標函數，對雙器械臂進行術前擺位分析。
　　最后，搭建實驗平臺對機械臂的性能進行相關實驗研究。實驗平臺分為機