本文關(guān)鍵詞：面向微創(chuàng)腹腔外科手術(shù)的冗余自由度機(jī)械臂研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》 2011年

面向微創(chuàng)腹腔外科手術(shù)的冗余自由度機(jī)械臂研究

李剛  

【摘要】：機(jī)器人輔助微創(chuàng)外科手術(shù)具有創(chuàng)口小、定位精度高、操作靈活等優(yōu)點(diǎn),能有效提高手術(shù)的質(zhì)量和安全性,擴(kuò)展醫(yī)生的操作能力,改善醫(yī)生的工作環(huán)境,因而引起了世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注,并取得了飛速的發(fā)展。微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人是綜合多個(gè)學(xué)科的新型交叉研究領(lǐng)域,具有重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)效益。本文基于國(guó)家“863”計(jì)劃資助項(xiàng)目“微創(chuàng)腹腔外科手術(shù)機(jī)器人”,對(duì)面向微創(chuàng)腹腔外科手術(shù)的機(jī)械臂進(jìn)行了相關(guān)研究。 首先,針對(duì)微創(chuàng)腹腔外科手術(shù)的任務(wù)特點(diǎn)對(duì)機(jī)械臂的工作環(huán)境進(jìn)行了分析,并歸納出機(jī)械臂的基本功能要求,在此基礎(chǔ)之上對(duì)機(jī)械臂的自由度配置和構(gòu)型進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)不同的功能要求將機(jī)械臂分為臂定位機(jī)構(gòu),器械定位機(jī)構(gòu)和器械接口三個(gè)部分,并分別對(duì)其進(jìn)行具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 其次,基于D-H法建立了機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解方程,并依據(jù)機(jī)械臂的構(gòu)型特點(diǎn)和實(shí)際工作狀態(tài),采用反變換法建立了機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解方程。在此基礎(chǔ)之上,利用雅克比矩陣的奇異值構(gòu)造出機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)性能的靈巧度評(píng)價(jià)指標(biāo),并以此作為優(yōu)化準(zhǔn)側(cè),對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化,最終確定了機(jī)械臂的各桿件參數(shù)。 再次,對(duì)機(jī)械臂的關(guān)節(jié)受力情況進(jìn)行了分析,并利用動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真,進(jìn)而確定了各主動(dòng)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)型號(hào)。利用有限元法對(duì)機(jī)械臂的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行了校核。此外,為減少機(jī)械臂在手術(shù)過(guò)程的干涉,利用改進(jìn)的投影梯度法,并采用最大距離指標(biāo)作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),對(duì)雙器械臂進(jìn)行術(shù)前擺位分析。 最后,搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)機(jī)械臂的性能進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)分為機(jī)械臂本體和控制系統(tǒng)兩個(gè)部分,主要對(duì)機(jī)械臂的手動(dòng)擺位效果,主動(dòng)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)能力及遠(yuǎn)心定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的定位精度進(jìn)行驗(yàn)證,并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TP242.2
【目錄】：

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本文編號(hào)：120007