腹腔鏡機(jī)器人持鏡手臂的優(yōu)化設(shè)計(jì)及性能研究.pdf

1、腹腔鏡機(jī)器人集人工智能、智能控制、腹腔鏡手術(shù)、信息處理、圖像處理等專業(yè)技術(shù)于一體，跨計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、機(jī)械、電子、醫(yī)學(xué)等多學(xué)科，成為當(dāng)前醫(yī)療機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)重要方向。本課題的主要工作就是完成腹腔鏡機(jī)器人持鏡手臂優(yōu)化分析和性能研究。文章通過查閱國內(nèi)外大量的文獻(xiàn)資料，在分析借鑒國外成型的腹腔鏡機(jī)器人系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)引入到該課題的研究工作中，為腹腔鏡機(jī)器人整機(jī)工作性能的提高提供了相應(yīng)的研究方法和理論知識(shí)。

2、 本課題在前期整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)機(jī)器人機(jī)械手結(jié)構(gòu)原理，應(yīng)用Denavit-Hartenberg齊次變換理論、傳統(tǒng)力學(xué)分析理論以及拉格朗日動(dòng)力學(xué)分析方法對(duì)腹腔鏡機(jī)器人持鏡手臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析，創(chuàng)建了整機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和關(guān)鍵機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)方程，為下一步的仿真分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。根據(jù)機(jī)械機(jī)構(gòu)靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析各主要關(guān)節(jié)、動(dòng)臂和連桿的受力情況，采用機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，建立了關(guān)于整機(jī)各主要性能參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，

3、利用Matlab優(yōu)化工具箱求解、ADAMS做仿真試驗(yàn)，最終得出最佳的機(jī)構(gòu)優(yōu)化參數(shù)，有效的提高了整機(jī)的工作性能。同時(shí)，亦求得各關(guān)節(jié)承受的力值和力矩值，為下一步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析提供了準(zhǔn)確的邊界條件。 以機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)優(yōu)化為基礎(chǔ)，優(yōu)化腹腔鏡機(jī)器人持鏡手臂的結(jié)構(gòu)性能，探討了結(jié)構(gòu)優(yōu)化集成方法，即：利用UG三維建模軟件建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化參數(shù)化模型，然后利用CAD/CAE無縫鏈接技術(shù)將參數(shù)化模型導(dǎo)入ANSYS/AWE軟件中，對(duì)關(guān)鍵零部件做了有限元

4、分析、靈敏度分析、前后置處理、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、疲勞分析和模態(tài)分析工作。通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，大大的減輕了整機(jī)的重量，提高了腹腔鏡機(jī)器人持鏡手臂的安全可靠性和靈活性。 最后，結(jié)合腹腔鏡機(jī)器人持鏡手臂的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，將整機(jī)分成位置調(diào)整機(jī)構(gòu)和姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)，采用醫(yī)用手術(shù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)誤差優(yōu)化補(bǔ)償法和制造、裝配誤差補(bǔ)償法對(duì)整機(jī)做了誤差專項(xiàng)研究，有效地提高了整機(jī)的工作精度。 腹腔鏡機(jī)器人的應(yīng)用研究在國內(nèi)才剛剛起步，它有著巨大的發(fā)展?jié)摿?，許多新的