本文關(guān)鍵詞：腹腔鏡微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人主操作手的設(shè)計與實(shí)驗(yàn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

天津大學(xué)

碩士學(xué)位論文

腹腔鏡微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人主操作手的設(shè)計與實(shí)驗(yàn)研究

姓名：周文亮

申請學(xué)位級別：碩士

專業(yè)：機(jī)械電子工程

指導(dǎo)教師：王樹新

20090601

摘要

腹腔鏡微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人是醫(yī)療機(jī)器人的一個重要研究領(lǐng)域，用機(jī)器人技術(shù)結(jié)合醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)，不僅提高了手術(shù)質(zhì)量和安全性，減輕了病人的痛苦，縮短了術(shù)后恢復(fù)時間，而且使微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)應(yīng)用于更精密的手術(shù)領(lǐng)域，擴(kuò)展了微創(chuàng)技術(shù)的應(yīng)用范圍。

本文以腹腔鏡微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人的主操作手為研究對象，針對機(jī)器人主從操作手“異構(gòu)”的特點(diǎn)以及腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)要求，研究了主手的構(gòu)型，并設(shè)計實(shí)驗(yàn)進(jìn)行精度標(biāo)定。本文工作主要包括以下內(nèi)容：

首先，在保證主手工作空間的前提下，對主手的構(gòu)型和尺寸參數(shù)進(jìn)行了綜合分析。主手前三個關(guān)節(jié)采用ＲＲＲ形式，其第二和第三關(guān)節(jié)桿長度應(yīng)盡可能相等；后三個關(guān)節(jié)均為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其旋轉(zhuǎn)中心匯交于一點(diǎn)。根據(jù)確定的構(gòu)型和尺度，結(jié)合主手自重平衡的要求，對主手進(jìn)行了總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。

其次，設(shè)計實(shí)驗(yàn)對主手進(jìn)行精度標(biāo)定。

最后，設(shè)計了機(jī)器人主一從操作手運(yùn)動控制實(shí)驗(yàn)，對機(jī)器人系統(tǒng)的主從映射的操作模式作了驗(yàn)證。關(guān)鍵詞：微創(chuàng)外科手術(shù)；主操作手；主從操作；構(gòu)型尺度；精度標(biāo)定

ＡＢＳＴＲＡＣＴ

Ｌａｐａｒｏｓｃｏｐｉｃｍｉｎｉｍａｌｌｙｉｎｖａｓｉｖｅｓｕｒｇｅｒｙｒｏｂｏｔｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ

ａｎｄｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｏｆｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｍｅｄｉｃａｌｒｏｂｏｔ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｒｏｂｏｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

ｓｕｒｇｅｏｎ，ｉｔｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｑｕａｌｉｔｙａｎｄｓｅｃｕｒｉｔｙｏｆａｓｕｒｇｅｒｙ，ｓｈｏｒｔｅｎｔｈｅｃｕｒｅｔｉｍｅａｎｄｒｅｄｕｃｅｔｈｅｐａｔｉｅｎｔｓ’ｃｏｓｔ，ｂｕｔａｌｓｏａｐｐｌｙｔｈｅｍｉｎｉｍａｌｌｙｓｕｒｇｅｒｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏｐｒｅｃｉｓｉｏｎｓｕｒｇｅｒｙ

ｉｎｖａｓｉｖｅｓｕｒｇｅｒｙ．

Ｔｈｅｐａｐｅｒｆｏｃｕｓｅｓｏｎａｒｅａｓａｎｄｔｈｅｎｅｎｌａｒｇｅｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｒｅａｏｆｔｈｅｍｉｎｉｍａｌｌｙｔｈｅｍａｔｅｒｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｏｆｔｈｅｌａｐａｒｏｓｃｏｐｉｃｍｉｎｉｍａｌｌｙｉｎｖａｓｉｖｅｓｕｒｇｅｒｙｒｏｂｏｔ．Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｍａｓｔｅｒａｎｄｓｌａｖｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓａｎｄｔｈｅｄｅｍａｎｄｏｆｔｈｅｌａｐａｒｏｓｃｏｐｉｃｍｉｎｉｍａｌｌｙ

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｉｎｖａｓｉｖｅｓｕｒｇｅｒｙ，ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎａｒｅｅｎｓｕｒｅｄｂｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅｔｈｅｓｉｓｍａｋｅｓｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ：

Ｆｉｒｓｔｌｙ，ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅｏｆａｃｈｉｅｖｉｎｇｔｈｅｗｏｒｋｓｐａｃｅｏｆｔｈｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ，ｔｈｉｓ

ａｎｄｓｃａｌｅ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｍｅｎｔｉｏｎｓｔｈａｔｔｈｅｆｉｒｓｔｐａｐｅｒｍａｋｅｓｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

ｔｈｒｅｅｉｏｉｎｔｓｏｆｔｈｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓｈｏｕｌｄｂｅＲＲＲ，ａｎｄｔｈｅ２ｎｄ一３ｒｄｊｏｉｎｔｓｔａｆｆｓｈｏｕｌｄｂｅｏｆｓａｍｅｌｅｎｇｔｈａｓｓｏｏｎａｓ

ｏｎｐｏｓｓｉｂｌｅ，ｔｈｅｌａｓｔｔｈｒｅｅｏｎｅｊｏｉｎｔｓｓｈｏｕｌｄｂｅｒｏｔａｔｉｏｎａｌｊｏｉｎｔｓ，ａｎｄｔｈｅａｘｉｓｅｓｉｎｔｅｒｓｅｃｔ

ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｐｏｉｎｔ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｓｃａｌｅａｎｄｔｈｅｔｏａｃｈｉｅｖｅｓｅｌｆ－ｂａｌａｎｃｅ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｍａｓｔｅｒｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｉｓｅｎｓｕｒｅｄ．

Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ａｓｅｒｉｅｓｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ

Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｓｅｒｉｅｓｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄｏｎｔｈｅｏｎｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ．ａｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｒｏｂｏｔ’Ｓｍａｓｔｅｒａｎｄｓｌａｖｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｍｏｄｅｓｏｆｍａｓｔｅｒ－ｓｌａｖｅｍａｐｐｉｎｇｏｆｒｏｂｏｔｓｙｓｔｅｍｉｓｖａｌｉｄａｔｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｉｎｉｍａｌｌｙｉｎｖａｓｉｖｅｓｕｒｇｅｒｙ；ｍａｓｔｅｒ－ｓｌａｖｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ；ｍａｓｔｅｒｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｓｃａｌｅ；ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ

獨(dú)創(chuàng)性聲明

本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致訪｝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得基鲞盤堂或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。

學(xué)位論文作者簽名：１司乏缸簽字日期：２訓(xùn)７年‘月年日

學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書

本學(xué)位論文作者完全了解鑫盜盤堂有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)苤鲞盤堂可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。

（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明）

學(xué)位論文作者簽名：調(diào)魄導(dǎo)師簽名：

簽字日期：伽７年ｆ月午日－簽－７－Ｒ期：匯日

第一章緒論

第一章緒論

１．１引言

伴隨著當(dāng)今生活節(jié)奏的加快，人們的健康問題逐漸成為公眾關(guān)注的焦點(diǎn)問題；同時隨著社會進(jìn)步和人們生活水平的提高，人們對醫(yī)療手段也提出了更高的要求，除了關(guān)注治療效果外，還對康復(fù)速度提出了要求。傳統(tǒng)的手術(shù)由于需要大創(chuàng)口來暴露手術(shù)視野，手術(shù)操作給患者帶來巨大的痛苦，同時導(dǎo)致術(shù)后康復(fù)速度很慢，已不能滿足人們的需要。

為了提高醫(yī)療診斷的準(zhǔn)確性和治療的質(zhì)量，人們嘗試將傳統(tǒng)醫(yī)療器械與信息、微電子、新材料、自動化、精密制造、機(jī)器人等技術(shù)有機(jī)結(jié)合，醫(yī)療機(jī)器人為此應(yīng)運(yùn)而生，現(xiàn)己成為當(dāng)今世界發(fā)展速度最快的高科技產(chǎn)業(yè)之一ｕ１。

１．２課題研究背景和意義

醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)是集醫(yī)學(xué)、生物力學(xué)、機(jī)械工程學(xué)、材料學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、機(jī)器人技術(shù)等諸多學(xué)科為一體的新型交叉研究領(lǐng)域，已經(jīng)成為國際機(jī)器人領(lǐng)域的一個研究熱點(diǎn)口】，因此，許多國家的政府和學(xué)術(shù)界都給予了極大關(guān)注，并投入了大量的人力和財力，進(jìn)行醫(yī)療機(jī)器人的研究與開發(fā)陷１。目前，醫(yī)療機(jī)器人的研究主要集中在外科手術(shù)機(jī)器人、康復(fù)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人和微型機(jī)器人等幾個方面。

本文主要針對外科手術(shù)機(jī)器人中的主從式機(jī)器人進(jìn)行分析和論述。

１．２．１主從式醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人概述

主從式機(jī)器人應(yīng)用于手術(shù)方面主要開始于上世紀(jì)的９０年代。短短２０年間，主從式手術(shù)機(jī)器人得到了迅猛的發(fā)展。主從式手術(shù)機(jī)器人一般包括兩個子系統(tǒng)：主操作系統(tǒng)和從操作系統(tǒng)。主操作系統(tǒng)包括一個／對主手和監(jiān)視器。醫(yī)生可以由監(jiān)視器觀察到攝像頭拍攝到的手術(shù)情況，，并根據(jù)需要操作主手。從操作系統(tǒng)由幾個機(jī)器人手臂構(gòu)成，用于定位和實(shí)際手術(shù)。手術(shù)過程中，醫(yī)生操作主手，向遠(yuǎn)端從手發(fā)送指令，控制從手運(yùn)動，完成手術(shù)Ⅲ。同時，從手將所需信息反饋給主手。系統(tǒng)構(gòu)成如圖１－１所示：

  本文關(guān)鍵詞：腹腔鏡微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人主操作手的設(shè)計與實(shí)驗(yàn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。