六自由度絲傳動微創(chuàng)手術器械.pdf

1、微創(chuàng)機器人手術器械是微創(chuàng)手術機器人的重要組成部分。其機械結構設計優(yōu)劣會直接影響系統(tǒng)性能，同時制約其他部分的研發(fā)設計。本文在國家自然科學基金項目資助下，對手術器械進行了詳細的結構設計，運動學、性能、靜力學、工作空間以及運動學仿真分析。
　　首先，確定本文設計的微創(chuàng)手術器械為串聯(lián)型六自由度。手術器械包括驅動系統(tǒng)、主體連桿、執(zhí)行器部分和快換手指四部分。六個自由度分別為:肩關節(jié)偏轉自由度、肘關節(jié)俯仰自由度、腕關節(jié)俯仰自由度、手腕自轉自由度

2、、指關節(jié)俯仰自由度和手指開合自由度。自轉關節(jié)設計在腕關節(jié)與指關節(jié)間可避免多自由度器械在腔內(nèi)自轉時與腔內(nèi)器官或其他器械發(fā)生干涉。設計快速更換手指，實現(xiàn)術中各種器械的快速更換。整個微創(chuàng)手術器械搭載于直線伸縮機構上，就可實現(xiàn)手術操作的全維運動，有效避免了體外機械臂間干涉問題。驅動系統(tǒng)后置，為保證器械直徑小、質量輕且長距離傳動，器械整體采用絲傳動。最后對手術器械的鋼絲繩進行受力分析，對鋼絲繩進行了選型，并在此基礎上進行了電機選型。
　　其

3、次，本文采用“D-H法”進行手術器械運動學坐標系的建立，且計算其末端執(zhí)行器的正運動學，通過解析法進行逆運動學分析。針對2Ⅳ條絲驅動Ⅳ個自由度的絲傳動系統(tǒng)，通過“回路分析法”，觀察絲布局列寫回路矩陣與驅動空間等效半徑矩陣，結合傳統(tǒng)機器人運動學，建立了手術器械驅動空間到笛卡爾空間的運動學映射關系，加快并簡化運動學建模與分析過程。求取手術器械的雅可比矩陣，借助其奇異值，求解并分析手術器械的可操作度與靈巧度。
　　最后，本文對手術器械進行