發(fā)布時間：2017-04-07 13:21

  本文關(guān)鍵詞：基于3-RPS并聯(lián)機構(gòu)的微創(chuàng)脊柱手術(shù)導(dǎo)引設(shè)備穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在脊柱手術(shù)中，椎弓根植釘手術(shù)需要對脊柱進行鉆孔，由于毗鄰神經(jīng)根和脊髓，尤其是在頸部寰樞椎手術(shù)，緊鄰呼吸系統(tǒng)和循環(huán)中樞，稍有不慎就會造成脊髓或延髓的損傷，因此對脊柱手術(shù)的高要求、高精準(zhǔn)度，使得機器人在手術(shù)中的應(yīng)用迫在眉睫。本文以3-RPS并聯(lián)機構(gòu)為基礎(chǔ)，，研發(fā)出一款微創(chuàng)脊柱手術(shù)導(dǎo)引器。對微創(chuàng)手術(shù)導(dǎo)引器的主體3-RPS并聯(lián)機構(gòu)進行機構(gòu)分析；通過對穩(wěn)健優(yōu)化算法的研究，考慮3-RPS并聯(lián)機構(gòu)的運動學(xué)和動力學(xué)性能，利用遺傳算法對3-RPS并聯(lián)機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計。 本文根據(jù)脊柱手術(shù)的具體要求，結(jié)合并聯(lián)機構(gòu)特點，提出了一種基于3-RPS并聯(lián)機構(gòu)的新型微創(chuàng)手術(shù)導(dǎo)引器，利用封閉矢量法對該機構(gòu)的運動學(xué)逆解分析并給出求解方法；分析評價了四種不同工作空間并給出求解算法；對3-RPS并聯(lián)機構(gòu)運動學(xué)分析的基礎(chǔ)上求解了雅可比矩陣，提出了兩種對機構(gòu)靈活度分析的指標(biāo)函數(shù)。 利用商用有限元軟件AnsysWorkbench對并聯(lián)機構(gòu)進行動力學(xué)分析。利用SolidWorks三維實體建模軟件建立3-RPS并聯(lián)機構(gòu)的實體模型，導(dǎo)入到有限元軟件AnsysWorkbench中，通過對鉸鏈的有限元處理，對3-RPS并聯(lián)機構(gòu)進行動力學(xué)模型的模態(tài)分析，得出了該模型的固有頻率和振型。 提出一種新型的穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計方法。通過Boxbehken的實驗設(shè)計，并利用有限元軟件AnsysWorkbench生成了初始實驗樣本點。通過最小二乘法，擬合了3-RPS并聯(lián)機構(gòu)的單響應(yīng)動力學(xué)數(shù)學(xué)模型。采用Kriging插值、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加強法來產(chǎn)生新的樣本點的方法進行穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計。最后利用遺傳算法對含有運動學(xué)、動力學(xué)指標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)進行了多目標(biāo)優(yōu)化。 以3-RPS并聯(lián)機構(gòu)為基礎(chǔ)，提出了微創(chuàng)手術(shù)導(dǎo)引器的構(gòu)型方案，對機械結(jié)構(gòu)設(shè)計及控制系統(tǒng)設(shè)計，開發(fā)了微創(chuàng)脊柱手術(shù)導(dǎo)引器的原型樣機。
【關(guān)鍵詞】：并聯(lián)機構(gòu) 脊柱手術(shù) 動態(tài)特性 穩(wěn)健設(shè)計 優(yōu)化設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：河北工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TH112;TH777
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 課題來源11
• 1.2 課題研究背景11-12
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析12-17
• 1.3.1 并聯(lián)機器人發(fā)展動態(tài)分析12-14
• 1.3.2 手術(shù)機器人發(fā)展動態(tài)分析14-17
• 1.4 本論文主要研究內(nèi)容17-19
• 第2章 微創(chuàng)脊柱手術(shù)導(dǎo)引設(shè)備構(gòu)型設(shè)計及運動學(xué)分析19-27
• 2.1 引言19
• 2.2 微創(chuàng)脊柱手術(shù)導(dǎo)引器的構(gòu)型設(shè)計19-21
• 2.3 3-RPS 并聯(lián)機構(gòu)的運動學(xué)逆解21-23
• 2.4 3-RPS 并聯(lián)機構(gòu)雅可比矩陣的求解23
• 2.5 3-RPS 并聯(lián)機構(gòu)靈活度的求解23-25
• 2.5.1 雅可比矩陣條件數(shù)24
• 2.5.2 機器人的可操作度24-25
• 2.6 3-RPS 并聯(lián)機構(gòu)工作空間的求解25-26
• 2.7 本章小結(jié)26-27
• 第3章 3-RPS 并聯(lián)機構(gòu)的動力學(xué)分析及有限元分析27-33
• 3.1 并聯(lián)機構(gòu)的動力學(xué)分析介紹27
• 3.2 3-RPS 并聯(lián)機構(gòu)的動力學(xué)分析27-28
• 3.3 3-RPS 并聯(lián)機構(gòu)的有限元建模28-30
• 3.4 3-RPS 并聯(lián)機構(gòu)的有限分析30-32
• 3.5 本章小結(jié)32-33
• 第4章 3-RPS 并聯(lián)機構(gòu)的穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計33-45
• 4.1 穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計介紹33
• 4.2 3-RPS 并聯(lián)機構(gòu)優(yōu)化的實驗設(shè)計33-34
• 4.3 基于多項式的響應(yīng)面法34-36
• 4.4 Kriging 插值法36-37
• 4.5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加強法37
• 4.6 多目標(biāo)優(yōu)化37-39
• 4.7 動力學(xué)指標(biāo)函數(shù)39-41
• 4.8 3-RPS 并聯(lián)機構(gòu)的穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計41-44
• 4.8.1 設(shè)計變量41
• 4.8.2 目標(biāo)函數(shù)41-42
• 4.8.3 約束條件42
• 4.8.4 基于運動學(xué)、動力學(xué)的多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果42-44
• 4.9 本章小結(jié)44-45
• 第5章 微創(chuàng)脊柱手術(shù)導(dǎo)引設(shè)備控制及實驗45-53
• 5.1 手術(shù)流程規(guī)劃45-46
• 5.2 控制界面的設(shè)計46-49
• 5.2.1 Qt 簡介46-47
• 5.2.2 Visual Studio 簡介47
• 5.2.3 控制界面的設(shè)計47-49
• 5.3 CAN 總線控制49-52
• 5.3.1 CAN 總線簡介49-50
• 5.3.2 微創(chuàng)手術(shù)導(dǎo)引器控制架構(gòu)50-52
• 5.4 微創(chuàng)脊柱手術(shù)導(dǎo)引器實驗52
• 5.5 本章小結(jié)52-53
• 結(jié)論53-54
• 致謝54-55
• 參考文獻55-59
• 作者簡介59
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果59-60

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 高峰;并聯(lián)機器人設(shè)計理論及其關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)研究[J];河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2004年02期

2 王波;張大鵬;李小滿;;三自由度平面并聯(lián)機器人誤差分析[J];江蘇科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2009年02期

3 覃艷明,張一同,鹿玲,趙永生;5-UPS/PRPU五自由度并聯(lián)機床精度分析[J];機械設(shè)計與研究;2004年04期

4 張躍敏;謝剛;;并聯(lián)機器人機構(gòu)研究概述[J];機械工程師;2008年07期

5 鞠浩;張建勛;安剛;裴曉旭;;機器人輔助脊柱微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J];南開大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2008年04期

6 王洪斌 ,魏立新 ,王洪瑞;并聯(lián)機器人的理論研究現(xiàn)狀[J];自動化博覽;2002年05期

  本文關(guān)鍵詞：基于3-RPS并聯(lián)機構(gòu)的微創(chuàng)脊柱手術(shù)導(dǎo)引設(shè)備穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：290545