本文關(guān)鍵詞：腹腔微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人機(jī)械臂的設(shè)計(jì)及研究

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【摘要】：近年來,機(jī)器人輔助微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)的運(yùn)用擴(kuò)展了術(shù)式類別,在一定程度上提高了手術(shù)操作的精度和靈活度,因此引起了廣泛關(guān)注以及研究。其中應(yīng)用于傳統(tǒng)微創(chuàng)手術(shù)中來替代助手工作的機(jī)器人手術(shù)模式,集成了傳統(tǒng)微手術(shù)和機(jī)器人技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),容易被醫(yī)生所接受,適合在醫(yī)院推廣,同時(shí)降低了醫(yī)療成本。因此,在吉林省科技廳重點(diǎn)項(xiàng)目“輔助胸腹腔微創(chuàng)手術(shù)的新型機(jī)器人系統(tǒng)研究”支持下,開發(fā)一種新型腹腔微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人代替助手把持內(nèi)窺鏡和輔助組織牽拉。本文著重對(duì)新型腹腔微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人的機(jī)械臂進(jìn)行了相關(guān)研究。根據(jù)腹腔微創(chuàng)手術(shù)的特點(diǎn)以及新型微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)的功能特點(diǎn),研制了新型手術(shù)機(jī)器人的持鏡臂,包括定位機(jī)構(gòu)和夾持內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì);將牽拉執(zhí)行器和夾持內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)合理布置在持鏡臂上,得出手術(shù)機(jī)器人機(jī)械臂的整體構(gòu)型。利用序列二次規(guī)劃算法對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行臂長優(yōu)化,得出機(jī)械臂各個(gè)桿件的合理尺寸。同時(shí)理論計(jì)算了遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力矩,選擇匹配的電機(jī)型號(hào)。結(jié)合手術(shù)機(jī)器人機(jī)械臂構(gòu)型,運(yùn)用D-H法對(duì)持鏡機(jī)械臂做運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,得出運(yùn)動(dòng)方程的正解;然后利用逆矩陣相乘的方法求得逆解;同時(shí)建立機(jī)械臂的雅可比矩陣,為控制做好準(zhǔn)備。運(yùn)用ADAMS仿真軟件對(duì)遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)的姿態(tài)調(diào)整和遠(yuǎn)心運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真分析,驗(yàn)證遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)姿態(tài)調(diào)整運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性以及遠(yuǎn)心運(yùn)動(dòng)的定心性,同時(shí)得出遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力矩,與理論計(jì)算力矩相比較,確定電機(jī)選型的合理性。在ANSYS中,對(duì)手術(shù)機(jī)器人機(jī)械臂的主要組成部分進(jìn)行了靜力分析,校核了強(qiáng)度。搭建新型手術(shù)機(jī)器人機(jī)械臂的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)手術(shù)機(jī)器人機(jī)械臂的定位旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)、可靠鎖緊性能、機(jī)械臂擺位能力以及遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)的姿態(tài)調(diào)整、定心效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證設(shè)計(jì)的手術(shù)機(jī)器人機(jī)械臂能否滿足手術(shù)功能要求。
【關(guān)鍵詞】：新型微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人 定位機(jī)構(gòu) 遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 仿真分析
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R61;TP242
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 引言11-12
• 1.2 機(jī)器人輔助微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 機(jī)器人輔助微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)國外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.2 機(jī)器人輔助微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)國內(nèi)研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人技術(shù)相關(guān)研究概述17-20
• 1.3.1 手術(shù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及臂長優(yōu)化17-19
• 1.3.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析19
• 1.3.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真及靜力學(xué)分析19-20
• 1.4 本課題研究來源20
• 1.5 本論文研究的內(nèi)容20-23
• 第2章 腹腔微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人機(jī)械臂設(shè)計(jì)及臂長優(yōu)化23-45
• 2.1 引言23
• 2.2 腹腔微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人的工作要求23-25
• 2.3 腹腔微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人持鏡臂構(gòu)型分析25-29
• 2.3.1 持鏡機(jī)械臂定位關(guān)節(jié)構(gòu)型25-26
• 2.3.2 持鏡遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)的構(gòu)型26-28
• 2.3.3 持鏡機(jī)械臂整體構(gòu)型28-29
• 2.4 持鏡機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)29-35
• 2.4.1 持鏡機(jī)械臂定位關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)29-31
• 2.4.2 持鏡機(jī)械臂遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)31-35
• 2.5 持鏡機(jī)械臂最終結(jié)構(gòu)35
• 2.6 機(jī)械臂整體最終結(jié)構(gòu)35-36
• 2.7 腹腔微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人機(jī)械臂臂長優(yōu)化36-41
• 2.7.1 持鏡機(jī)械臂臂長優(yōu)化37-39
• 2.7.2 上臂臂長優(yōu)化39-40
• 2.7.3 下臂臂長優(yōu)化40-41
• 2.8 遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)電機(jī)的選擇41-43
• 2.8.1 回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5的電機(jī)選擇41-42
• 2.8.2 對(duì)稱關(guān)節(jié)6的電機(jī)選擇42-43
• 2.9 本章小節(jié)43-45
• 第3章 微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析45-53
• 3.1 引言45
• 3.2 微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析45-49
• 3.2.1 D-H表示法45-46
• 3.2.2 持鏡機(jī)械臂的坐標(biāo)系建立和正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析46-48
• 3.2.3 逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析48-49
• 3.3 微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人雅可比矩陣49-52
• 3.4 本章小結(jié)52-53
• 第4章 腹腔微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人機(jī)械臂仿真研究53-69
• 4.1 引言53-54
• 4.2 遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真模型建立54-56
• 4.3 遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真結(jié)果與分析56-61
• 4.3.1 腹腔鏡姿態(tài)調(diào)整運(yùn)動(dòng)仿真56-58
• 4.3.2 腹腔鏡繞切口（定點(diǎn)）旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)仿真58-60
• 4.3.3 遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)力矩仿真60-61
• 4.4 腹腔微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人機(jī)械臂靜力學(xué)分析61-66
• 4.5 小結(jié)66-69
• 第5章 腹腔微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人機(jī)械臂的實(shí)驗(yàn)研究69-83
• 5.1 引言69
• 5.2 搭建實(shí)驗(yàn)臺(tái)69-74
• 5.2.1 機(jī)械臂機(jī)械本體69
• 5.2.2 直線位移平臺(tái)69-70
• 5.2.3 定位關(guān)節(jié)70-72
• 5.2.4 遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)72-73
• 5.2.5 牽、拉組織執(zhí)行器73
• 5.2.6 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)73-74
• 5.3 定位旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)實(shí)驗(yàn)74-76
• 5.3.1 定位旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)角度測(cè)試74-75
• 5.3.2 定位旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)鎖緊測(cè)試75-76
• 5.4 機(jī)械臂擺位實(shí)驗(yàn)76-77
• 5.5 遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)77-81
• 5.5.1 遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)姿態(tài)調(diào)整實(shí)驗(yàn)77-78
• 5.5.2 遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)心運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)78-81
• 5.6 本章小結(jié)81-83
• 第6章 結(jié)論與展望83-85
• 參考文獻(xiàn)85-89
• 科研成果89-91
• 致謝91

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：750349