被動(dòng)式7-DOF微創(chuàng)腹腔手術(shù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及術(shù)前擺位研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展與醫(yī)療水平的快速進(jìn)步，手術(shù)機(jī)器人正逐漸應(yīng)用于微創(chuàng)外科手術(shù)領(lǐng)域，相對(duì)于傳統(tǒng)微創(chuàng)外科手術(shù)，機(jī)器人輔助手術(shù)模式大幅度地提高了手術(shù)的執(zhí)行精度與安全性，使患者的痛楚感大大降低同時(shí)縮短了恢復(fù)時(shí)間。
　　通過(guò)深入研究微創(chuàng)外科手術(shù)的工作要求，提出一種由醫(yī)生直接操作機(jī)器人末端的微創(chuàng)手術(shù)模式，針對(duì)該模式完成了被動(dòng)式7-DOF微創(chuàng)腹腔手術(shù)機(jī)器人和相關(guān)微器械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。機(jī)器人末端安裝平臺(tái)具有通用性，可以快速安裝腹腔鏡及手術(shù)鉗等不同手

2、術(shù)器械。以提高手術(shù)精度和節(jié)省人力為目標(biāo)，提出了單臂腹腔內(nèi)環(huán)境圖像采集系統(tǒng)與3臂組合型手術(shù)協(xié)調(diào)操作系統(tǒng)兩種應(yīng)用方案。
　　基于7-DOF機(jī)械手臂及相關(guān)手術(shù)器械的構(gòu)型特點(diǎn)，建立了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)坐標(biāo)系，推導(dǎo)運(yùn)動(dòng)學(xué)正、逆解模型。使用Matlab分別搭建了運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和機(jī)構(gòu)模型，進(jìn)行仿真。通過(guò)對(duì)比仿真結(jié)果中的輸入、輸出誤差，驗(yàn)證機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)正、逆解模型的正確性。將機(jī)構(gòu)連桿參數(shù)代入正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，完成了機(jī)構(gòu)末端不動(dòng)點(diǎn)和手術(shù)器械末端操作點(diǎn)的工作空間仿真分

3、析。
　　應(yīng)用Ansys對(duì)機(jī)構(gòu)關(guān)鍵零部件和整體進(jìn)行有限元仿真分析，根據(jù)結(jié)果對(duì)零部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)總體靜態(tài)剛度并得出末端位置與理論值的誤差，從而驗(yàn)證機(jī)構(gòu)末端不動(dòng)點(diǎn)定位精度；對(duì)機(jī)構(gòu)整體進(jìn)行模態(tài)分析，結(jié)合振源的振動(dòng)形式和振動(dòng)頻率分析機(jī)構(gòu)發(fā)生共振的可能性，通過(guò)控制振源的振動(dòng)頻率變化范圍來(lái)避免機(jī)構(gòu)共振，提高運(yùn)行精度。
　　根據(jù)機(jī)器人輔助微創(chuàng)外科手術(shù)功能需求，研究了一種多臂協(xié)調(diào)工作狀態(tài)下的術(shù)前手臂擺位模式。從避免手臂運(yùn)動(dòng)干涉和保