本文關(guān)鍵詞：面向微創(chuàng)手術(shù)的并聯(lián)UPR-2UPRR機(jī)構(gòu)研究

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【摘要】：微創(chuàng)外科手術(shù)是醫(yī)學(xué)界一個熱門的研究領(lǐng)域,近些年來憑借其廣闊的適應(yīng)性,微創(chuàng)傷性,安全性高,術(shù)后恢復(fù)快等優(yōu)勢,獲得了廣泛的關(guān)注,面向該領(lǐng)域的醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)也得到了快速的發(fā)展。為了模擬醫(yī)生在微創(chuàng)手術(shù)時進(jìn)行的復(fù)雜操作,各種各樣具有遠(yuǎn)心點運動功能的機(jī)構(gòu)應(yīng)運而生。本文對目前較為成功的遠(yuǎn)心點機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分類歸納,結(jié)合其優(yōu)缺點,考慮到并聯(lián)機(jī)構(gòu)剛度大,精度高,承載能力好,結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)勢,提出了采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)實現(xiàn)遠(yuǎn)心點運動的機(jī)構(gòu)設(shè)計方案。通過對構(gòu)型的分析比較,確定機(jī)構(gòu)的運動副數(shù)量和空間位置,選擇以UPR-2UPRR機(jī)構(gòu)為研究對象,并進(jìn)行了相關(guān)研究。將機(jī)構(gòu)分成基座與U副裝配體、伸縮桿裝配體和擺動桿裝配體三大子裝配體,協(xié)調(diào)各個部分之間的配合,分別對每一部分進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計。根據(jù)其實現(xiàn)的功能,提出機(jī)構(gòu)實施多種方案,考慮剛度、強(qiáng)度、精確度以及工藝合理性等多方面因素,最終確定機(jī)構(gòu)的設(shè)計方案,建立機(jī)構(gòu)三維模型,繪制工程圖,完成樣機(jī)的加工和裝配。分析機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu),在運動支鏈平面內(nèi)建立了矢量間的等量關(guān)系,求解了機(jī)構(gòu)的運動學(xué)逆解。通過結(jié)合機(jī)構(gòu)運動學(xué)逆解的窮舉法分析了機(jī)構(gòu)的工作空間,推導(dǎo)了機(jī)構(gòu)的雅可比矩陣,據(jù)此構(gòu)造機(jī)構(gòu)的全局性能評價指標(biāo),作為優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)函數(shù)。選定影響機(jī)構(gòu)性能的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)尺寸作為優(yōu)化目標(biāo),采用了粒子群算法的優(yōu)化算法,確定機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸。對機(jī)構(gòu)運動支鏈的一階影響系數(shù)和機(jī)構(gòu)的一階影響系數(shù)進(jìn)行了推導(dǎo),基于機(jī)構(gòu)一階影響系數(shù),結(jié)合虛功原理,求解了機(jī)構(gòu)伸縮桿上驅(qū)動力與末端執(zhí)行操作力之間的映射關(guān)系,通過對其分析計算求解了機(jī)構(gòu)驅(qū)動力。在Adams環(huán)境下進(jìn)行了虛擬樣機(jī)的仿真分析,驗證理論推導(dǎo)的合理性�？紤]到機(jī)構(gòu)運動的安全性和可靠性,對機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)零部件U副軸進(jìn)行了強(qiáng)度分析,確保機(jī)構(gòu)實現(xiàn)設(shè)計要求的運動功能。根據(jù)UPR-2UPRR機(jī)構(gòu)的樣機(jī),構(gòu)建了與之配套的電氣控制設(shè)備,使用伺服驅(qū)動系統(tǒng),通過CAN總線通訊,形成了一個閉環(huán)機(jī)電控制系統(tǒng)。編寫了相應(yīng)的控制軟件,設(shè)計完成機(jī)構(gòu)功能性驗證實驗,驗證機(jī)構(gòu)構(gòu)型的正確性。還設(shè)計了機(jī)構(gòu)的點位控制實驗和軌跡運動實驗。針對實驗中產(chǎn)生的誤差,對機(jī)構(gòu)的運動學(xué)參數(shù)進(jìn)行了標(biāo)定,提高了機(jī)構(gòu)的運動精度。
【關(guān)鍵詞】：微創(chuàng)手術(shù) 并聯(lián)機(jī)構(gòu) 遠(yuǎn)心點運動 樣機(jī)構(gòu)建
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP242;TH112
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義9-10
• 1.2 RCM機(jī)構(gòu)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析10-17
• 1.2.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-17
• 1.2.2 國內(nèi)外研究分析及發(fā)展趨勢17
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容17-19
• 第2章 面向微創(chuàng)手術(shù)的空間并聯(lián)RCM機(jī)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人設(shè)計要求分析19-20
• 2.3 并聯(lián)RCM機(jī)構(gòu)構(gòu)型確定20-23
• 2.4 并聯(lián)UPR-2UPRR機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計23-29
• 2.4.1 基座與U副設(shè)計24-25
• 2.4.2 伸縮桿結(jié)構(gòu)設(shè)計25-28
• 2.4.3 擺動桿結(jié)構(gòu)設(shè)計28-29
• 2.5 本章小結(jié)29-31
• 第3章 UPR-2UPRR機(jī)構(gòu)運動學(xué)分析及優(yōu)化設(shè)計31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 UPR-2UPRR機(jī)構(gòu)運動學(xué)分析31-35
• 3.2.1 UPR-2UPRR機(jī)構(gòu)運動學(xué)逆解31-33
• 3.2.2 UPR-2UPRR機(jī)構(gòu)雅可比矩陣33-34
• 3.2.3 UPR-2UPRR齊次雅可比矩陣構(gòu)造34-35
• 3.3 UPR-2UPRR工作空間分析35-37
• 3.4 UPR-2UPRR尺寸優(yōu)化37-41
• 3.4.1 UPR-2UPRR結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)37-38
• 3.4.2 UPR-2UPRR結(jié)構(gòu)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)及約束條件38-40
• 3.4.3 基于粒子群算法的結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化40-41
• 3.5 本章小結(jié)41-43
• 第4章 UPR-2UPRR機(jī)構(gòu)影響系數(shù)矩陣與靜力學(xué)分析43-54
• 4.1 引言43
• 4.2 UPR-2UPRR機(jī)構(gòu)影響系數(shù)43-47
• 4.2.1 UPR和UPRR支鏈一階影響系數(shù)43-46
• 4.2.2 UPR-2UPRR機(jī)構(gòu)一階影響系數(shù)46-47
• 4.3 UPR-2UPRR機(jī)構(gòu)靜力學(xué)分析47-53
• 4.3.1 UPR-2UPRR機(jī)構(gòu)靜力學(xué)平衡方程47-48
• 4.3.2 基于Adams的UPR-2UPRR機(jī)構(gòu)驅(qū)動力分析48-51
• 4.3.3 基于Ansys的U副軸靜力學(xué)分析51-53
• 4.4 本章小節(jié)53-54
• 第5章 UPR-2UPRR機(jī)構(gòu)樣機(jī)平臺構(gòu)建及實驗研究54-67
• 5.1 引言54
• 5.2 UPR-2UPRR樣機(jī)構(gòu)建54-58
• 5.2.1 UPR和UPRR樣機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成54-55
• 5.2.2 UPR-2UPRR樣機(jī)系統(tǒng)硬件組成55-56
• 5.2.3 UPR-2UPRR樣機(jī)系統(tǒng)硬件調(diào)試56-57
• 5.2.4 UPR-2UPRR樣機(jī)系統(tǒng)控制軟件編寫57-58
• 5.3 UPR-2UPRR運動性能實驗58-66
• 5.3.1 機(jī)構(gòu)自由度功能性驗證59
• 5.3.2 點位控制實驗59-62
• 5.3.3 軌跡運動實驗62-66
• 5.4 本章小結(jié)66-67
• 結(jié)論67-68
• 參考文獻(xiàn)68-72
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文72-74
• 致謝74

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 孫立寧;張劍;杜志江;;一種基于圖像導(dǎo)航的骨外科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)[J];哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報;2006年02期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 姚太克;一類三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的特性研究與優(yōu)化設(shè)計[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

2 馬如奇;微創(chuàng)腹腔外科手術(shù)機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng)研制及其控制算法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

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本文編號：964570