全方位套管柔性針穿刺機(jī)器人設(shè)計與分析.pdf

1、柔性針穿刺手術(shù)是微創(chuàng)介入手術(shù)的一種，是采用針尖具有一定斜角的柔性針進(jìn)行穿刺，但由于針軸與組織間存在扭轉(zhuǎn)摩擦，斜尖轉(zhuǎn)角難以精確控制，嚴(yán)重制約了柔性針的應(yīng)用。因此提出套管柔性針，套管柔性針是將柔性針芯與套管分離，套管將針芯與組織隔開，消除針芯與組織間的扭轉(zhuǎn)摩擦。本文針對套管柔性針的全方位穿刺機(jī)器人，特別包括摩擦輪式送針機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計與分析。
　　首先，針對前列腺穿刺手術(shù)的要求，對全方位套管柔性針穿刺機(jī)器人進(jìn)行自由度分析，對整體機(jī)構(gòu)進(jìn)

2、行最優(yōu)化設(shè)計，并建立三維模型；利用 ANSYS有限元分析軟件對送針機(jī)構(gòu)支撐臂進(jìn)行剛度分析，并對其尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計；對z向滑臺和整體機(jī)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，校驗所涉及的機(jī)構(gòu)的剛度是否滿足要求。
　　其次，對全方位套管柔性針穿刺機(jī)器人進(jìn)行運動學(xué)和工作空間分析。利用D-H法建立直角坐標(biāo)系，通過齊次坐標(biāo)變換矩陣的方法進(jìn)行機(jī)器人的運動學(xué)正解計算，利用解析法進(jìn)行機(jī)器人運動學(xué)逆解計算。然后利用 MATLAB中的SIMMECHANICS工具箱建立機(jī)器

3、人運動模型，對工作空間進(jìn)行分析。
　　再次，依據(jù)套管柔性針的自由度要求，采用 TRIZ理論的發(fā)明原理，對摩擦輪式套管柔性送針機(jī)構(gòu)的進(jìn)行設(shè)計與分析。利用矛盾矩陣分析法進(jìn)行同步進(jìn)給機(jī)構(gòu)、套管與柔性針驅(qū)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計與分析，并利用三維建模軟件建立虛擬樣機(jī)。
　　最后，搭建摩擦輪機(jī)構(gòu)實驗臺，使用兩個一維力傳感器分別測出摩擦輪對柔性針芯的夾緊力和摩擦力，并計算針與摩擦輪之間的摩擦系數(shù)。通過動物組織穿刺實驗測得所需的最大穿刺力，獲得摩擦