隨著近年來機器人技術(shù)的提高,機器人相關(guān)技術(shù)逐漸應(yīng)用到各個科學(xué)領(lǐng)域,醫(yī)療機器人成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)手術(shù)的新興領(lǐng)域,尤其在微創(chuàng)手術(shù)領(lǐng)域中,機器人輔助微創(chuàng)手術(shù)占有一席之地,區(qū)別于傳統(tǒng)的微創(chuàng)手術(shù)模式,機器人運用完善的控制系統(tǒng)能夠完成手術(shù)中極為精細的操作,提高手術(shù)過程中的靈活性和精確性。腹腔鏡機器人作為輔助手術(shù)機器人的重要分支,是機械、電子、醫(yī)學(xué)、自動化等多學(xué)科的融合,可以為手術(shù)醫(yī)生提供腹腔內(nèi)部清晰視野,便于微創(chuàng)手術(shù)的操作。國內(nèi)腹腔鏡機器人系統(tǒng)由于處于一種起步階段,因此本文在國內(nèi)外腹腔機器人系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀上,提出了一種單孔腹腔手術(shù)持鏡機器人,并對其進行了相關(guān)的研究分析。首先,結(jié)合腹腔手術(shù)的相關(guān)知識,提出了單孔腹腔手術(shù)持鏡機器人的設(shè)計要求,對機器人的構(gòu)型結(jié)構(gòu)進行分析與選擇,根據(jù)選定的構(gòu)型結(jié)構(gòu)設(shè)計出五自由度串并混聯(lián)機器人,運用有限元軟件ANSYS對單孔腹腔鏡機器人的結(jié)構(gòu)進行靜力學(xué)分析以及模態(tài)分析,獲得單孔腹腔鏡機器人的靜態(tài)性能。其次,根據(jù)選定的機器人的機構(gòu)特點,采用D-H方法對機器人進行運動學(xué)分析,得到機器人運動方程的正解,運用幾何法求得在基坐標(biāo)系下內(nèi)窺鏡末端的位置坐標(biāo)以及在內(nèi)窺鏡末端坐標(biāo)系下各個關(guān)節(jié)的位置坐標(biāo)進而得到機器人的逆解,利用廣義速度與關(guān)節(jié)速度之間的線性變換關(guān)系得到機器人的雅可比矩陣,并進行了運動學(xué)模型的驗證仿真;根據(jù)求得的機器人的運動學(xué)方程推導(dǎo)出機器人的工作空間;利用雅可比矩陣的條件數(shù)來分析機器人的奇異性,分析了機器人中各個關(guān)節(jié)對機器人靈巧度的影響效果;依據(jù)機器人的機構(gòu)特點計算出各個機構(gòu)的剛度模型進而推導(dǎo)出整體靜剛度的模型,并分析各個關(guān)節(jié)對機器人整體靜剛度的影響。然后,采用凱恩法建立機器人的動力學(xué)模型,得到了機器人中各個機構(gòu)電機的驅(qū)動力和驅(qū)動力矩的方程;根據(jù)機器人各個機構(gòu)的運動時序性,提出不同時序的機構(gòu)運動計劃,運用MATLAB和ADAMS分別進行數(shù)值仿真與虛擬仿真,得到在機器人不同的機構(gòu)運動計劃對內(nèi)窺鏡速度和角速度的影響,同時獲得了相關(guān)機構(gòu)驅(qū)動力和驅(qū)動力矩的變化數(shù)值,為機器人的動態(tài)穩(wěn)定性分析提供了依據(jù)。最后,利用改進的梯度投影法對單孔腹腔鏡機器人進行術(shù)中擺位規(guī)劃,建立了相關(guān)擺位規(guī)劃模型,求得機構(gòu)中不同擺位下關(guān)節(jié)角度數(shù)值;結(jié)合相關(guān)醫(yī)患的事例,利用擺位規(guī)劃模型對內(nèi)窺鏡的擺位進行分析,運用MATLAB進行空間擺位仿真,從而獲得了單孔腹腔鏡機器人的最佳擺位規(guī)劃�；谝陨蠙C器人穩(wěn)定性與擺位規(guī)劃的研究工作,為單孔腹腔鏡機器人的臨床應(yīng)用提供了理論依據(jù),提高了腹腔手術(shù)的精度,從而達到了微創(chuàng)手術(shù)的目的,對機器人在腹腔手術(shù)中的廣泛應(yīng)用具有重要意義。
【學(xué)位單位】：山東科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：R61;TP242
【部分圖文】：

行操作手術(shù)，手術(shù)床上的機械臂準(zhǔn)確地映射了醫(yī)生在主控臺上的操作。逡逑ＭＷ邋１逡逑圖１．２邋Ｄａ邋Ｖｉｎｉｃ外科手術(shù)機器人系統(tǒng)逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｄａ邋Ｖｉｎｉｃ邋ｓｕｒｇｉｃａｌ邋ｒｏｂｏｔ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑４逡逑

邐（ｂ）邋ＡＥＳＯＰ－２０００邐（ｃ）邋ＡＥＳＯＰ－３０００逡逑圖１－１邋ＡＥＳＯＰ系列外科手術(shù)持鏡機器人系統(tǒng)逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｅｒｉｅｓ邋ｏｆ邋ＡＥＳＯＰ邋ｓｕｒｇｉｃａｌ邋ｍｉｒｒｏｒ邋ｒｏｂｏｔ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑英國Ａｒｍｓｔｒｏｎｇ邋Ｐｒｏｊｅｃｔｓ公司研發(fā)了功能類似于ＡＥＳＯＰ系統(tǒng)的內(nèi)窺鏡機器逡逑人系統(tǒng)一一ＥｎｄｏＡｓｓｉｓｔ機器人系統(tǒng)％該系統(tǒng)可通過醫(yī)生頭部運動來對機械臂進逡逑行控制，控制器檢測到頭部運動并將控制信息傳遞給機器人，從而方便地實現(xiàn)逡逑對夾持內(nèi)窺鏡機器人的靈活控制，同時能夠在不對腹壁造成壓力的情況下實現(xiàn)逡逑以腹壁手術(shù)創(chuàng)口為支點的圓錐運動，不會占用更多的手術(shù)操作空間。逡逑英國ＦｒｅｅＨａｎｄ公司開發(fā)了一種名為ＦｒｅｅＨａｎｄ的被動式持鏡機械臂［８】，該機逡逑器人具備結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈巧、安裝方便，價格低廉等優(yōu)點，主要用于對攝像逡逑頭固定和支撐，為醫(yī)生實施腹腔手術(shù)過程中提供實時的高清圖像，醫(yī)生可以根逡逑據(jù)需要手動調(diào)節(jié)攝像頭位姿。逡逑２１世紀(jì)初，手術(shù)機器人形成商業(yè)化的代表是美國Ｉｎｔｕｉｔｉｖｅ邋Ｓｕｒｇｉｃａｌ公司研發(fā)逡逑的Ｄａ邋Ｖｉｎｃｉ外科手術(shù)機器人系統(tǒng)％該系統(tǒng)包含了手術(shù)中各個關(guān)鍵部分

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本文編號：2807677