力反饋主手機構設計若干關鍵問題研究.pdf

1、主從式手術機器人系統(tǒng)可以把人和機器人結合起來,以力反饋主手作為交互界面控制手術機器人進入體內進行手術操作,既能利用人類具有的高級思維和決策能力,又能夠利用機器人具有的高精密度和準確度。力反饋主手是主從式手術機器人系統(tǒng)的重要組成部分,本文對力反饋主手機構設計的工作空間分析、位姿誤差建模、重力平衡等關鍵問題進行了深入研究,論文主要內容和成果如下:
　　編寫了n自由度機器人機構運動學模型和雅可比矩陣的計算程序,建立了主從運動學映射的數學

2、模型。
　　提出了一種計算n自由度正交機器人機構工作空間的數值方法,先求出機器人機構末端兩個關節(jié)對應子工作空間的邊界曲面,在前一個關節(jié)建立參考坐標系,將已知子工作空間的邊界曲面分成若干層,求出每一層上的截交線,定義截交線的兩個端點、半徑坐標值最大點和最小點等為特征點,根據這些特征點可生成前一級子工作空間的邊界曲線和邊界曲面,由此遞推可生成工作空間的邊界曲面,并計算出工作空間的體積值。以三自由度正交機器人機構和PHANTOM力反饋主

3、手機構為例進行了仿真分析,結果表明該算法具有運動學計算量小、結果精確等優(yōu)點,并且能適用于平行關節(jié)機構。
　　根據機器人機構位姿誤差模型的連續(xù)性、等價性、比例性要求,以加入Hayati參數的運動學模型為基礎,運用Paul提出的機器人微分運動理論,提出了一種基于坐標系分組的機器人機構位姿誤差矢量的計算方法,簡化了Veitschegger和Chi-haur Wu提出的基于桿件的位姿誤差矢量計算方法。建立了主從式手術機器人系統(tǒng)的位姿誤差模

4、型,開發(fā)了基于MATLAB平臺的仿真程序,分析了由PHANTOM力反饋主手和Da Vinci手術機器人組成的主從式手術機器人系統(tǒng)的位姿誤差在其工作空間截面內的分布狀況。根據PHANTOM力反饋主手機構的位置誤差模型,采用正交試驗設計的方法,以各桿件運動學參數誤差作為試驗因素,以位置誤差作為響應變量,進行了精度設計的仿真分析。
　　提出了一種彈簧重力平衡系統(tǒng)的能量分析方法,以具有平行四邊形輔助桿件的2自由度機構為研究對象,進行了單關