本文關(guān)鍵詞：腹腔鏡微創(chuàng)外科手術(shù)機器人主操作手的設(shè)計與實驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

天津大學(xué)

碩士學(xué)位論文

腹腔鏡微創(chuàng)外科手術(shù)機器人主操作手的設(shè)計與實驗研究

姓名：周文亮

申請學(xué)位級別：碩士

專業(yè)：機械電子工程

指導(dǎo)教師：王樹新

20090601

摘要

腹腔鏡微創(chuàng)外科手術(shù)機器人是醫(yī)療機器人的一個重要研究領(lǐng)域，用機器人技術(shù)結(jié)合醫(yī)生的經(jīng)驗，不僅提高了手術(shù)質(zhì)量和安全性，減輕了病人的痛苦，縮短了術(shù)后恢復(fù)時間，而且使微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)應(yīng)用于更精密的手術(shù)領(lǐng)域，擴展了微創(chuàng)技術(shù)的應(yīng)用范圍。

本文以腹腔鏡微創(chuàng)外科手術(shù)機器人的主操作手為研究對象，針對機器人主從操作手“異構(gòu)”的特點以及腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)要求，研究了主手的構(gòu)型，并設(shè)計實驗進行精度標定。本文工作主要包括以下內(nèi)容：

首先，在保證主手工作空間的前提下，對主手的構(gòu)型和尺寸參數(shù)進行了綜合分析。主手前三個關(guān)節(jié)采用ＲＲＲ形式，其第二和第三關(guān)節(jié)桿長度應(yīng)盡可能相等；后三個關(guān)節(jié)均為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其旋轉(zhuǎn)中心匯交于一點。根據(jù)確定的構(gòu)型和尺度，結(jié)合主手自重平衡的要求，對主手進行了總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。

其次，設(shè)計實驗對主手進行精度標定。

最后，設(shè)計了機器人主一從操作手運動控制實驗，對機器人系統(tǒng)的主從映射的操作模式作了驗證。關(guān)鍵詞：微創(chuàng)外科手術(shù)；主操作手；主從操作；構(gòu)型尺度；精度標定

ＡＢＳＴＲＡＣＴ

Ｌａｐａｒｏｓｃｏｐｉｃｍｉｎｉｍａｌｌｙｉｎｖａｓｉｖｅｓｕｒｇｅｒｙｒｏｂｏｔｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ

ａｎｄｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｏｆｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｍｅｄｉｃａｌｒｏｂｏｔ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｒｏｂｏｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

ｓｕｒｇｅｏｎ，ｉｔｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｑｕａｌｉｔｙａｎｄｓｅｃｕｒｉｔｙｏｆａｓｕｒｇｅｒｙ，ｓｈｏｒｔｅｎｔｈｅｃｕｒｅｔｉｍｅａｎｄｒｅｄｕｃｅｔｈｅｐａｔｉｅｎｔｓ’ｃｏｓｔ，ｂｕｔａｌｓｏａｐｐｌｙｔｈｅｍｉｎｉｍａｌｌｙｓｕｒｇｅｒｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏｐｒｅｃｉｓｉｏｎｓｕｒｇｅｒｙ

ｉｎｖａｓｉｖｅｓｕｒｇｅｒｙ．

Ｔｈｅｐａｐｅｒｆｏｃｕｓｅｓｏｎａｒｅａｓａｎｄｔｈｅｎｅｎｌａｒｇｅｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｒｅａｏｆｔｈｅｍｉｎｉｍａｌｌｙｔｈｅｍａｔｅｒｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｏｆｔｈｅｌａｐａｒｏｓｃｏｐｉｃｍｉｎｉｍａｌｌｙｉｎｖａｓｉｖｅｓｕｒｇｅｒｙｒｏｂｏｔ．Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｍａｓｔｅｒａｎｄｓｌａｖｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓａｎｄｔｈｅｄｅｍａｎｄｏｆｔｈｅｌａｐａｒｏｓｃｏｐｉｃｍｉｎｉｍａｌｌｙ

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｉｎｖａｓｉｖｅｓｕｒｇｅｒｙ，ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎａｒｅｅｎｓｕｒｅｄｂｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅｔｈｅｓｉｓｍａｋｅｓｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ：

Ｆｉｒｓｔｌｙ，ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅｏｆａｃｈｉｅｖｉｎｇｔｈｅｗｏｒｋｓｐａｃｅｏｆｔｈｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ，ｔｈｉｓ

ａｎｄｓｃａｌｅ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｍｅｎｔｉｏｎｓｔｈａｔｔｈｅｆｉｒｓｔｐａｐｅｒｍａｋｅｓｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

ｔｈｒｅｅｉｏｉｎｔｓｏｆｔｈｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓｈｏｕｌｄｂｅＲＲＲ，ａｎｄｔｈｅ２ｎｄ一３ｒｄｊｏｉｎｔｓｔａｆｆｓｈｏｕｌｄｂｅｏｆｓａｍｅｌｅｎｇｔｈａｓｓｏｏｎａｓ

ｏｎｐｏｓｓｉｂｌｅ，ｔｈｅｌａｓｔｔｈｒｅｅｏｎｅｊｏｉｎｔｓｓｈｏｕｌｄｂｅｒｏｔａｔｉｏｎａｌｊｏｉｎｔｓ，ａｎｄｔｈｅａｘｉｓｅｓｉｎｔｅｒｓｅｃｔ

ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｐｏｉｎｔ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｓｃａｌｅａｎｄｔｈｅｔｏａｃｈｉｅｖｅｓｅｌｆ－ｂａｌａｎｃｅ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｍａｓｔｅｒｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｉｓｅｎｓｕｒｅｄ．

Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ａｓｅｒｉｅｓｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ

Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｓｅｒｉｅｓｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄｏｎｔｈｅｏｎｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ．ａｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｒｏｂｏｔ’Ｓｍａｓｔｅｒａｎｄｓｌａｖｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｍｏｄｅｓｏｆｍａｓｔｅｒ－ｓｌａｖｅｍａｐｐｉｎｇｏｆｒｏｂｏｔｓｙｓｔｅｍｉｓｖａｌｉｄａｔｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｉｎｉｍａｌｌｙｉｎｖａｓｉｖｅｓｕｒｇｅｒｙ；ｍａｓｔｅｒ－ｓｌａｖｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ；ｍａｓｔｅｒｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｓｃａｌｅ；ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ

獨創(chuàng)性聲明

本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以標注和致訪｝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得基鲞盤堂或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。

學(xué)位論文作者簽名：１司乏缸簽字日期：２訓(xùn)７年‘月年日

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學(xué)位論文作者簽名：調(diào)魄導(dǎo)師簽名：

簽字日期：伽７年ｆ月午日－簽－７－Ｒ期：匯日

第一章緒論

第一章緒論

１．１引言

伴隨著當今生活節(jié)奏的加快，人們的健康問題逐漸成為公眾關(guān)注的焦點問題；同時隨著社會進步和人們生活水平的提高，人們對醫(yī)療手段也提出了更高的要求，除了關(guān)注治療效果外，還對康復(fù)速度提出了要求。傳統(tǒng)的手術(shù)由于需要大創(chuàng)口來暴露手術(shù)視野，手術(shù)操作給患者帶來巨大的痛苦，同時導(dǎo)致術(shù)后康復(fù)速度很慢，已不能滿足人們的需要。

為了提高醫(yī)療診斷的準確性和治療的質(zhì)量，人們嘗試將傳統(tǒng)醫(yī)療器械與信息、微電子、新材料、自動化、精密制造、機器人等技術(shù)有機結(jié)合，醫(yī)療機器人為此應(yīng)運而生，現(xiàn)己成為當今世界發(fā)展速度最快的高科技產(chǎn)業(yè)之一ｕ１。

１．２課題研究背景和意義

醫(yī)療機器人技術(shù)是集醫(yī)學(xué)、生物力學(xué)、機械工程學(xué)、材料學(xué)、計算機科學(xué)、機器人技術(shù)等諸多學(xué)科為一體的新型交叉研究領(lǐng)域，已經(jīng)成為國際機器人領(lǐng)域的一個研究熱點口】，因此，許多國家的政府和學(xué)術(shù)界都給予了極大關(guān)注，并投入了大量的人力和財力，進行醫(yī)療機器人的研究與開發(fā)陷１。目前，醫(yī)療機器人的研究主要集中在外科手術(shù)機器人、康復(fù)機器人、服務(wù)機器人和微型機器人等幾個方面。

本文主要針對外科手術(shù)機器人中的主從式機器人進行分析和論述。

１．２．１主從式醫(yī)療手術(shù)機器人概述

主從式機器人應(yīng)用于手術(shù)方面主要開始于上世紀的９０年代。短短２０年間，主從式手術(shù)機器人得到了迅猛的發(fā)展。主從式手術(shù)機器人一般包括兩個子系統(tǒng)：主操作系統(tǒng)和從操作系統(tǒng)。主操作系統(tǒng)包括一個／對主手和監(jiān)視器。醫(yī)生可以由監(jiān)視器觀察到攝像頭拍攝到的手術(shù)情況，，并根據(jù)需要操作主手。從操作系統(tǒng)由幾個機器人手臂構(gòu)成，用于定位和實際手術(shù)。手術(shù)過程中，醫(yī)生操作主手，向遠端從手發(fā)送指令，控制從手運動，完成手術(shù)Ⅲ。同時，從手將所需信息反饋給主手。系統(tǒng)構(gòu)成如圖１－１所示：

  本文關(guān)鍵詞：腹腔鏡微創(chuàng)外科手術(shù)機器人主操作手的設(shè)計與實驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。