七自由度力反饋主手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真.pdf

1、近年來，微創(chuàng)手術(shù)在外科手術(shù)中占的比重越來越大，但是傳統(tǒng)微創(chuàng)手術(shù)過程中，醫(yī)生操作起來易疲勞，而且容易在手術(shù)過程中產(chǎn)生誤動作。機(jī)器人輔助微創(chuàng)手術(shù)能有效解決上述問題。在微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人的研制中，主手研究一直是其中的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人對于工作空間大，操作靈活，同時(shí)具備力反饋功能的主操作手的需求一直很強(qiáng)烈。本課題結(jié)合實(shí)際工程背景，研發(fā)一款性能優(yōu)良的力反饋主操作手。
　　本文首先對主手進(jìn)行功能設(shè)計(jì)，依據(jù)功能設(shè)計(jì)的結(jié)果，對主手進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2、。使用增量式映射關(guān)系以及“?！弊中筒贾梅绞酵瓿墒直?自由度結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證工作空間大小不變的前提下，有效縮短了桿件長度，使得結(jié)構(gòu)更加緊湊。對手腕結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，詳細(xì)設(shè)計(jì)高度集成且具有力反饋功能的4自由度手腕以及手柄夾持機(jī)構(gòu)，完成手腕的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。
　　對主手進(jìn)行運(yùn)動學(xué)建模并驗(yàn)證其正確性，利用雅克比矩陣條件數(shù)對主手進(jìn)行優(yōu)化。使用改進(jìn)的D-H參數(shù)法建立運(yùn)動學(xué)模型，根據(jù)此模型計(jì)算主手7個(gè)自由度的正運(yùn)動學(xué)以及7個(gè)關(guān)節(jié)角度的逆運(yùn)動學(xué)

3、。利用Adams仿真與Matlab計(jì)算相對比的方法驗(yàn)證運(yùn)動學(xué)模型的正確性。根據(jù)此運(yùn)動學(xué)模型計(jì)算該主手的速度雅克比矩陣。選取雅克比矩陣條件數(shù)指標(biāo)驗(yàn)證主手可操作度，結(jié)合雅克比矩陣條件數(shù)的倒數(shù)分析手臂部分奇異位形，并據(jù)此對機(jī)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化目標(biāo)的滿足使得目標(biāo)工作空間具備較高的相對可操作度。
　　對七自由度主手進(jìn)行動力學(xué)建模。使用拉格朗日方程法建立主手3自由度手臂部分的動力學(xué)模型，使用凱恩方程法建立4自由度手腕部分的動力學(xué)模型。并