前列腺粒子植入機器人結構設計與分析.pdf

1、隨著機器人技術和計算機影像學技術的發(fā)展，微創(chuàng)手術也取得了巨大進步，并逐漸應用于臨床手術中。鑒于微創(chuàng)機器人輔助醫(yī)生手術帶來的優(yōu)勢，本文設計了一種應用于前列腺粒子植入的機器人系統(tǒng)，用以輔助醫(yī)生完成放射性粒子植入手術來治療前列腺癌，該系統(tǒng)不但能提高手術精度和手術效率，而且能減少放射線對醫(yī)生的傷害、降低勞動強度。
　　首先，本文分析了前列腺粒子植入手術的可操作空間，并以此為基礎提出了前列腺粒子植入機器人的設計要求；并將機器人系統(tǒng)劃分為位置

2、調整模塊、姿態(tài)調整模塊、末端植入器三個組成部分。討論了自由度分配和構型選擇。位置調整模塊設計中，通過桿件尺寸優(yōu)化實現了3自由度位置調整機構的運動解耦；姿態(tài)調整模塊采用了 RCM機構，并通過引入了另一組平行四邊形機構解決了姿態(tài)調整機構運動死點問題。末端植入器采用了齒輪齒條機構驅動外針，硬質摩擦槽輪驅動內針，保證較準確的進針方向，并設計了彈簧壓緊機構提供穩(wěn)定壓緊力。
　　其次，采用 ANSYS Workbench有限元仿真軟件分析了位

3、置調整模塊和姿態(tài)調整模塊，得到了總變形和等效應力云圖；同時對主要零部件進行了強度分析。為了便于運動控制，本文采用 D-H法進行了機器人系統(tǒng)正逆運動學分析，得到了位置、速度、加速度的矩陣表達形式。此外，通過 ADAMS虛擬樣機軟件進行了運動學分析，檢驗論文數值計算部分得到結論的準確性；并進行了動力學分析，評價前列腺粒子植入機器人的結構合理可行性。本文還進行了生物組織粒子植入穿刺實驗，得到相應實驗數據為進一步優(yōu)化機器人提供數據參考。