微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人遠(yuǎn)心定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化.pdf

1、微創(chuàng)手術(shù)和普通的開放式手術(shù)相比較,具有創(chuàng)傷小、減輕患者疼痛、術(shù)后痊愈快等優(yōu)點(diǎn),有利于提高手術(shù)質(zhì)量與安全性、降低醫(yī)療成本,是現(xiàn)代外科手術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人則是集諸多學(xué)科為一體的新型交叉研究領(lǐng)域,它的運(yùn)用很好地克服了普通微創(chuàng)手術(shù)的不足,不僅能夠減小醫(yī)生的工作強(qiáng)度,還可顯著提高手術(shù)質(zhì)量,因而近些年來(lái)一直受到人們的廣泛關(guān)注,成為機(jī)器人領(lǐng)域最為熱門的研究方向之一。在國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目資助下,本文對(duì)腹腔微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人核心部分的遠(yuǎn)心定

2、位機(jī)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、優(yōu)化及相關(guān)技術(shù)的研究。
　　首先,本文進(jìn)行腹腔微創(chuàng)手術(shù)機(jī)械臂遠(yuǎn)心定位機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在對(duì)微創(chuàng)手術(shù)的作業(yè)要求及運(yùn)動(dòng)自由度等參數(shù)分析的基礎(chǔ)上,確定機(jī)械臂的最終構(gòu)型,提出新型的遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)方案并對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);根據(jù)手術(shù)過(guò)程中遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)的受力情況,對(duì)其關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行靜力學(xué)分析與橫截面參數(shù)優(yōu)化分析;由實(shí)際手術(shù)對(duì)機(jī)器人的要求,通過(guò)計(jì)算的方法對(duì)各關(guān)節(jié)伺服電機(jī)進(jìn)行了選型。
　　其次,對(duì)腹腔微創(chuàng)機(jī)械臂及其遠(yuǎn)心機(jī)

3、構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析。運(yùn)用D-H法進(jìn)行機(jī)械臂的正運(yùn)動(dòng)學(xué)求解,并以此繪制機(jī)械臂的工作空間;采用反變換法求取機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解;在此基礎(chǔ)上利用矢量積法計(jì)算機(jī)械臂的雅可比矩陣;另外,運(yùn)用拉格朗日方程法對(duì)機(jī)械臂遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析,并通過(guò)動(dòng)力學(xué)仿真驗(yàn)證了動(dòng)力學(xué)方程的合理性。
　　再次,通過(guò)分析機(jī)械臂遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)基于條件數(shù)的若干性能指標(biāo),對(duì)其進(jìn)行整體的構(gòu)型優(yōu)化;以衡量機(jī)械臂靈活性的可操作度指標(biāo)作為優(yōu)化目標(biāo)對(duì)機(jī)械臂被動(dòng)關(guān)節(jié)進(jìn)行臂長(zhǎng)優(yōu)化,以提