腹腔鏡機器人持鏡手臂的優(yōu)化設計及性能研究.pdf

1、腹腔鏡機器人集人工智能、智能控制、腹腔鏡手術、信息處理、圖像處理等專業(yè)技術于一體，跨計算機、自動控制、機械、電子、醫(yī)學等多學科，成為當前醫(yī)療機器人發(fā)展的一個重要方向。本課題的主要工作就是完成腹腔鏡機器人持鏡手臂優(yōu)化分析和性能研究。文章通過查閱國內(nèi)外大量的文獻資料，在分析借鑒國外成型的腹腔鏡機器人系統(tǒng)的基礎上，將機械優(yōu)化設計方法和計算機仿真技術引入到該課題的研究工作中，為腹腔鏡機器人整機工作性能的提高提供了相應的研究方法和理論知識。

2、 本課題在前期整機結(jié)構設計的基礎上，根據(jù)機器人機械手結(jié)構原理，應用Denavit-Hartenberg齊次變換理論、傳統(tǒng)力學分析理論以及拉格朗日動力學分析方法對腹腔鏡機器人持鏡手臂進行運動學與動力學分析，創(chuàng)建了整機的運動學方程和關鍵機構的動力學方程，為下一步的仿真分析、優(yōu)化設計及控制系統(tǒng)的設計打下基礎。根據(jù)機械機構靜力學和動力學分析各主要關節(jié)、動臂和連桿的受力情況，采用機構優(yōu)化設計方法，建立了關于整機各主要性能參數(shù)的優(yōu)化設計數(shù)學模型，

3、利用Matlab優(yōu)化工具箱求解、ADAMS做仿真試驗，最終得出最佳的機構優(yōu)化參數(shù)，有效的提高了整機的工作性能。同時，亦求得各關節(jié)承受的力值和力矩值，為下一步的結(jié)構優(yōu)化分析提供了準確的邊界條件。 以機構運動學和動力學優(yōu)化為基礎，優(yōu)化腹腔鏡機器人持鏡手臂的結(jié)構性能，探討了結(jié)構優(yōu)化集成方法，即：利用UG三維建模軟件建立結(jié)構優(yōu)化參數(shù)化模型，然后利用CAD/CAE無縫鏈接技術將參數(shù)化模型導入ANSYS/AWE軟件中，對關鍵零部件做了有限元

4、分析、靈敏度分析、前后置處理、結(jié)構優(yōu)化設計、疲勞分析和模態(tài)分析工作。通過結(jié)構優(yōu)化，大大的減輕了整機的重量，提高了腹腔鏡機器人持鏡手臂的安全可靠性和靈活性。 最后，結(jié)合腹腔鏡機器人持鏡手臂的機構特點，將整機分成位置調(diào)整機構和姿態(tài)調(diào)整機構，采用醫(yī)用手術機器人運動學參數(shù)誤差優(yōu)化補償法和制造、裝配誤差補償法對整機做了誤差專項研究，有效地提高了整機的工作精度。 腹腔鏡機器人的應用研究在國內(nèi)才剛剛起步，它有著巨大的發(fā)展?jié)摿?，許多新的