微創(chuàng)手術機器人遠心定位機構設計與優(yōu)化.pdf

1、微創(chuàng)手術和普通的開放式手術相比較,具有創(chuàng)傷小、減輕患者疼痛、術后痊愈快等優(yōu)點,有利于提高手術質量與安全性、降低醫(yī)療成本,是現代外科手術發(fā)展的必然趨勢。微創(chuàng)手術機器人則是集諸多學科為一體的新型交叉研究領域,它的運用很好地克服了普通微創(chuàng)手術的不足,不僅能夠減小醫(yī)生的工作強度,還可顯著提高手術質量,因而近些年來一直受到人們的廣泛關注,成為機器人領域最為熱門的研究方向之一。在國家“863”計劃項目資助下,本文對腹腔微創(chuàng)手術機器人核心部分的遠心定

2、位機構進行了詳細的結構設計、優(yōu)化及相關技術的研究。
　　首先,本文進行腹腔微創(chuàng)手術機械臂遠心定位機構的結構設計。在對微創(chuàng)手術的作業(yè)要求及運動自由度等參數分析的基礎上,確定機械臂的最終構型,提出新型的遠心機構方案并對其進行詳細的機械結構設計;根據手術過程中遠心機構的受力情況,對其關鍵構件進行靜力學分析與橫截面參數優(yōu)化分析;由實際手術對機器人的要求,通過計算的方法對各關節(jié)伺服電機進行了選型。
　　其次,對腹腔微創(chuàng)機械臂及其遠心機

3、構進行運動學及動力學分析。運用D-H法進行機械臂的正運動學求解,并以此繪制機械臂的工作空間;采用反變換法求取機械臂的運動學逆解;在此基礎上利用矢量積法計算機械臂的雅可比矩陣;另外,運用拉格朗日方程法對機械臂遠心機構進行動力學分析,并通過動力學仿真驗證了動力學方程的合理性。
　　再次,通過分析機械臂遠心機構基于條件數的若干性能指標,對其進行整體的構型優(yōu)化;以衡量機械臂靈活性的可操作度指標作為優(yōu)化目標對機械臂被動關節(jié)進行臂長優(yōu)化,以提