顯微外科手術(shù)機(jī)器人工作空間分析與綜合.pdf

1、顯微外科手術(shù)機(jī)器人是醫(yī)療機(jī)器人一個(gè)重要的研究領(lǐng)域，既涉及到了機(jī)器人相關(guān)的知識(shí)，又融合了顯微外科學(xué)的諸多內(nèi)容。本文以血管吻合顯微手術(shù)為對(duì)象，對(duì)醫(yī)生的動(dòng)作進(jìn)行了記錄和量化分析，在此基礎(chǔ)上得到了顯微外科手術(shù)的基本操作的數(shù)據(jù)和空間布局。以數(shù)值方法、集合論、矩陣?yán)碚?、?jì)算機(jī)圖形學(xué)以及機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)為工具，深入的對(duì)顯微外科手術(shù)機(jī)器人工作空間分析與綜合兩方面問題進(jìn)行了研究。取得了如下主要成果： 采用蒙特卡羅方法，根據(jù)機(jī)器人關(guān)節(jié)空間到工作空間的運(yùn)

2、動(dòng)學(xué)映射關(guān)系得到了機(jī)器人工作空間。對(duì)于平面機(jī)構(gòu)的工作空間依照按列劃分的方法得到了邊界曲線以及對(duì)應(yīng)的面積表達(dá)式。對(duì)于三維工作空間，在按層劃分得到每一層的邊界曲線的基礎(chǔ)上，采用包絡(luò)原理得到空間曲面的形狀和體積表達(dá)式。在此基礎(chǔ)上，定義并求解了機(jī)器人手術(shù)操作空間，給出了兩個(gè)操作臂相互位置變化的時(shí)候，其幾何形狀和體積的變化關(guān)系。 對(duì)于機(jī)器人的在工作空間中某點(diǎn)的機(jī)構(gòu)靈活度分析，綜合了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的內(nèi)容，提出了全拓?fù)浞纸夥?。根?jù)

3、顯微手術(shù)操作的特點(diǎn)，提出了定向靈活度及對(duì)應(yīng)的定向靈活工作空間的概念。將定向靈活工作空間的求解歸結(jié)為對(duì)定常方向工作空間求圖形交集的問題。由于上述分析方法不需要對(duì)位姿方程進(jìn)行逆解計(jì)算，所以形式非常簡單，易于工程應(yīng)用。 提出了多因素條件下的顯微外科手術(shù)機(jī)器人的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。該方法不但綜合了不同運(yùn)動(dòng)靜力學(xué)性能指標(biāo)，而且考慮到了工作空間對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的影響。在綜合考慮機(jī)器人手術(shù)操作空間存在性和雙臂協(xié)調(diào)靈活性的基礎(chǔ)上，對(duì)手術(shù)區(qū)域的布置問題進(jìn)行了