外科手術(shù)機(jī)器人縫合打結(jié)研究.pdf

1、外科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)充分利用醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)以及機(jī)器人定位精確、運(yùn)行穩(wěn)定、操作精度高等特性,可以使外科醫(yī)生以舒適的操作環(huán)境完成精細(xì)的手術(shù)動(dòng)作,極大地拓展了醫(yī)生的技能,提高手術(shù)質(zhì)量與安全性,縮短治療時(shí)間,降低醫(yī)療成本. 縫合打結(jié)是外科手術(shù)機(jī)器人不可缺少的功能.由于縫合線本身的非線性變形特征,在運(yùn)用機(jī)器人進(jìn)行縫合打結(jié)時(shí),縫合線的形狀難以控制,大大延長(zhǎng)了手術(shù)時(shí)間.研究機(jī)器人縫合打結(jié)規(guī)律對(duì)于提高機(jī)器人精度和效率,加快機(jī)器人的臨床應(yīng)用進(jìn)程具有重要

2、意義. 根據(jù)外科手術(shù)機(jī)器人設(shè)計(jì)原則和臨床手術(shù)工作空間要求,設(shè)計(jì)出用于顯微血管手術(shù)的主從式機(jī)器人系統(tǒng)."妙手"系統(tǒng).從手采用RCM(RemoteCenter-of-motion)的結(jié)構(gòu).姿態(tài)機(jī)構(gòu)采用三軸交匯于一點(diǎn)的結(jié)構(gòu)形式,位置機(jī)構(gòu)采用絲傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)雙四連桿機(jī)構(gòu)形式.從結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了姿態(tài)與位置的解耦,同時(shí)可實(shí)現(xiàn)手術(shù)工具在末端點(diǎn)固定不動(dòng)的情況下進(jìn)行大范圍的姿態(tài)調(diào)整. 以運(yùn)動(dòng)靈活度作為技術(shù)指標(biāo)對(duì)從手機(jī)構(gòu)進(jìn)行了尺度綜合,得出位置機(jī)構(gòu)的

3、桿件長(zhǎng)度及工作姿態(tài):當(dāng)位置機(jī)構(gòu)三桿等長(zhǎng),且1桿和3桿互相垂直時(shí),機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)靈活度指標(biāo)取最大值. 根據(jù)主手和從手的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,運(yùn)用蒙特卡羅法分別得出主手、從手的獨(dú)立工作空間及協(xié)同工作空間.以協(xié)同工作空間最大為優(yōu)化目標(biāo),得出了最優(yōu)的布置方式,同時(shí)得出主手與從手之間的比例系數(shù)為6:1. 根據(jù)機(jī)器人縫合打結(jié)時(shí)縫合線受力分析,建立縫合線長(zhǎng)度計(jì)算模型,根據(jù)該模型可確定機(jī)器人進(jìn)行縫合打結(jié)時(shí)合適的縫合線長(zhǎng)度,并提出"線圈規(guī)則度"指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)