【摘要】：單孔腹腔鏡手術(shù)作為微創(chuàng)手術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要階段,不僅具有與傳統(tǒng)多孔微創(chuàng)手術(shù)相同的治療效果,而且具有創(chuàng)傷小、疼痛感輕、住院時(shí)間短和美容效果好等優(yōu)點(diǎn),且不受限于人體自然腔道的位置,具有更廣泛的應(yīng)用范圍。目前,關(guān)于單孔腹腔鏡手術(shù)器械及機(jī)器人系統(tǒng)的研究已取得了矚目成績(jī),但現(xiàn)有多數(shù)單孔腹腔鏡操作系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)足夠靈巧空間與高剛度的統(tǒng)一,難以滿足多種類型手術(shù)操作的需要。本文針對(duì)單孔腹腔鏡手術(shù)的工作要求,以低熔點(diǎn)相變金屬鎵為“剛?cè)狁詈稀钡霓D(zhuǎn)換介質(zhì),系統(tǒng)闡述了一種變剛度微創(chuàng)外科手術(shù)器械的構(gòu)型設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)及工作空間分析,并完成了驅(qū)動(dòng)端的優(yōu)化設(shè)計(jì),最后成功設(shè)計(jì)出了一種單孔變剛度微創(chuàng)外科手術(shù)器械臂原型樣機(jī)。本文的具體研究?jī)?nèi)容如下:首先,根據(jù)實(shí)際手術(shù)操作過(guò)程中手術(shù)工具應(yīng)滿足的醫(yī)學(xué)需求,提出一種適用于單孔腹腔鏡手術(shù)的變剛度操作平臺(tái)的整體設(shè)計(jì)方案,并對(duì)其中的“剛?cè)狁詈稀北Ｗo(hù)鞘、工具臂及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等工作模塊進(jìn)行了方案論證和詳細(xì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)方案不僅有效增加了手術(shù)器械柔性操作臂的靈活性和空間可達(dá)性,極大方便了手術(shù)過(guò)程中對(duì)手術(shù)工具位姿的調(diào)整,減小了對(duì)戳卡點(diǎn)的損傷,而且為手術(shù)工具的操作提供了穩(wěn)定的支撐,提高了操作臂的負(fù)載能力。其次,采用一種高效、實(shí)用的幾何分析方法,以驅(qū)動(dòng)空間、虛擬關(guān)節(jié)空間、工作空間為基礎(chǔ)建立了剛度可控柔性操作臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,詳細(xì)闡述了驅(qū)動(dòng)空間-虛擬關(guān)節(jié)空間及虛擬關(guān)節(jié)空間-工作空間的映射關(guān)系,完成了操作臂工作空間的仿真,并以驅(qū)動(dòng)鋼絲繩的變化量為傳遞參數(shù),建立了工具臂的蛇形結(jié)構(gòu)末端與操作端的映射關(guān)系,并采用粒子群算法對(duì)其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),以減少映射誤差。最后,在對(duì)剛度可控操作臂方案設(shè)計(jì)及分析的基礎(chǔ)上,開(kāi)展了剛度特性評(píng)價(jià)、工作空間測(cè)定等實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了本文所采用的設(shè)計(jì)方案的有效性及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析方法的正確性,并通過(guò)運(yùn)動(dòng)誤差測(cè)試量化了“剛?cè)狁詈稀北Ｗo(hù)鞘柔性臂在其他因素的綜合影響下的運(yùn)動(dòng)誤差,驗(yàn)證了方案的可行性。
【圖文】：

圖 1-1 RealHandTM柔性關(guān)節(jié)器械Figure 1-1 RealHandTMMLapro-AngleTM柔性關(guān)節(jié)器械：7 個(gè)自由度，可鏡像醫(yī)生手術(shù)的運(yùn)動(dòng)，但同時(shí)該器和軸向旋轉(zhuǎn)手柄，可實(shí)現(xiàn)器械終端繞軸 360°任角度高達(dá) 90°的鎖定[6]，如圖 1-2 所示。自由度手術(shù)器械中柔性腕部關(guān)節(jié)的引入雖然一要求，并可結(jié)合多種入路平臺(tái)實(shí)現(xiàn)將多孔集中到及負(fù)載能力仍難以滿足多種手術(shù)類型的需求。

圖 1-1 RealHandTM柔性關(guān)節(jié)器械Figure 1-1 RealHandTMLapro-AngleTM柔性關(guān)節(jié)器械：個(gè)自由度，可鏡像醫(yī)生手術(shù)的運(yùn)動(dòng)，，但同時(shí)該器和軸向旋轉(zhuǎn)手柄，可實(shí)現(xiàn)器械終端繞軸 360°角度高達(dá) 90°的鎖定[6]，如圖 1-2 所示。自由度手術(shù)器械中柔性腕部關(guān)節(jié)的引入雖然一要求，并可結(jié)合多種入路平臺(tái)實(shí)現(xiàn)將多孔集中及負(fù)載能力仍難以滿足多種手術(shù)類型的需求。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH777

【參考文獻(xiàn)】

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2 于穎;李永生;於孝春;;粒子群算法在工程優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2008年12期

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本文編號(hào)：2673108