隨著近年來機(jī)器人技術(shù)的提高,機(jī)器人相關(guān)技術(shù)逐漸應(yīng)用到各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域,醫(yī)療機(jī)器人成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)手術(shù)的新興領(lǐng)域,尤其在微創(chuàng)手術(shù)領(lǐng)域中,機(jī)器人輔助微創(chuàng)手術(shù)占有一席之地,區(qū)別于傳統(tǒng)的微創(chuàng)手術(shù)模式,機(jī)器人運(yùn)用完善的控制系統(tǒng)能夠完成手術(shù)中極為精細(xì)的操作,提高手術(shù)過程中的靈活性和精確性。腹腔鏡機(jī)器人作為輔助手術(shù)機(jī)器人的重要分支,是機(jī)械、電子、醫(yī)學(xué)、自動(dòng)化等多學(xué)科的融合,可以為手術(shù)醫(yī)生提供腹腔內(nèi)部清晰視野,便于微創(chuàng)手術(shù)的操作。國內(nèi)腹腔鏡機(jī)器人系統(tǒng)由于處于一種起步階段,因此本文在國內(nèi)外腹腔機(jī)器人系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀上,提出了一種單孔腹腔手術(shù)持鏡機(jī)器人,并對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)的研究分析。首先,結(jié)合腹腔手術(shù)的相關(guān)知識(shí),提出了單孔腹腔手術(shù)持鏡機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求,對(duì)機(jī)器人的構(gòu)型結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析與選擇,根據(jù)選定的構(gòu)型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出五自由度串并混聯(lián)機(jī)器人,運(yùn)用有限元軟件ANSYS對(duì)單孔腹腔鏡機(jī)器人的結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)分析以及模態(tài)分析,獲得單孔腹腔鏡機(jī)器人的靜態(tài)性能。其次,根據(jù)選定的機(jī)器人的機(jī)構(gòu)特點(diǎn),采用D-H方法對(duì)機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,得到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方程的正解,運(yùn)用幾何法求得在基坐標(biāo)系下內(nèi)窺鏡末端的位置坐標(biāo)以及在內(nèi)窺鏡末端坐標(biāo)系下各個(gè)關(guān)節(jié)的位置坐標(biāo)進(jìn)而得到機(jī)器人的逆解,利用廣義速度與關(guān)節(jié)速度之間的線性變換關(guān)系得到機(jī)器人的雅可比矩陣,并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的驗(yàn)證仿真;根據(jù)求得的機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程推導(dǎo)出機(jī)器人的工作空間;利用雅可比矩陣的條件數(shù)來分析機(jī)器人的奇異性,分析了機(jī)器人中各個(gè)關(guān)節(jié)對(duì)機(jī)器人靈巧度的影響效果;依據(jù)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)計(jì)算出各個(gè)機(jī)構(gòu)的剛度模型進(jìn)而推導(dǎo)出整體靜剛度的模型,并分析各個(gè)關(guān)節(jié)對(duì)機(jī)器人整體靜剛度的影響。然后,采用凱恩法建立機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型,得到了機(jī)器人中各個(gè)機(jī)構(gòu)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)力矩的方程;根據(jù)機(jī)器人各個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)時(shí)序性,提出不同時(shí)序的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)計(jì)劃,運(yùn)用MATLAB和ADAMS分別進(jìn)行數(shù)值仿真與虛擬仿真,得到在機(jī)器人不同的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)計(jì)劃對(duì)內(nèi)窺鏡速度和角速度的影響,同時(shí)獲得了相關(guān)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)力矩的變化數(shù)值,為機(jī)器人的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析提供了依據(jù)。最后,利用改進(jìn)的梯度投影法對(duì)單孔腹腔鏡機(jī)器人進(jìn)行術(shù)中擺位規(guī)劃,建立了相關(guān)擺位規(guī)劃模型,求得機(jī)構(gòu)中不同擺位下關(guān)節(jié)角度數(shù)值;結(jié)合相關(guān)醫(yī)患的事例,利用擺位規(guī)劃模型對(duì)內(nèi)窺鏡的擺位進(jìn)行分析,運(yùn)用MATLAB進(jìn)行空間擺位仿真,從而獲得了單孔腹腔鏡機(jī)器人的最佳擺位規(guī)劃�；谝陨蠙C(jī)器人穩(wěn)定性與擺位規(guī)劃的研究工作,為單孔腹腔鏡機(jī)器人的臨床應(yīng)用提供了理論依據(jù),提高了腹腔手術(shù)的精度,從而達(dá)到了微創(chuàng)手術(shù)的目的,對(duì)機(jī)器人在腹腔手術(shù)中的廣泛應(yīng)用具有重要意義。
【學(xué)位單位】：山東科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：R61;TP242
【部分圖文】：

行操作手術(shù)，手術(shù)床上的機(jī)械臂準(zhǔn)確地映射了醫(yī)生在主控臺(tái)上的操作。逡逑ＭＷ邋１逡逑圖１．２邋Ｄａ邋Ｖｉｎｉｃ外科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｄａ邋Ｖｉｎｉｃ邋ｓｕｒｇｉｃａｌ邋ｒｏｂｏｔ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑４逡逑

邐（ｂ）邋ＡＥＳＯＰ－２０００邐（ｃ）邋ＡＥＳＯＰ－３０００逡逑圖１－１邋ＡＥＳＯＰ系列外科手術(shù)持鏡機(jī)器人系統(tǒng)逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｅｒｉｅｓ邋ｏｆ邋ＡＥＳＯＰ邋ｓｕｒｇｉｃａｌ邋ｍｉｒｒｏｒ邋ｒｏｂｏｔ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑英國Ａｒｍｓｔｒｏｎｇ邋Ｐｒｏｊｅｃｔｓ公司研發(fā)了功能類似于ＡＥＳＯＰ系統(tǒng)的內(nèi)窺鏡機(jī)器逡逑人系統(tǒng)一一ＥｎｄｏＡｓｓｉｓｔ機(jī)器人系統(tǒng)％該系統(tǒng)可通過醫(yī)生頭部運(yùn)動(dòng)來對(duì)機(jī)械臂進(jìn)逡逑行控制，控制器檢測(cè)到頭部運(yùn)動(dòng)并將控制信息傳遞給機(jī)器人，從而方便地實(shí)現(xiàn)逡逑對(duì)夾持內(nèi)窺鏡機(jī)器人的靈活控制，同時(shí)能夠在不對(duì)腹壁造成壓力的情況下實(shí)現(xiàn)逡逑以腹壁手術(shù)創(chuàng)口為支點(diǎn)的圓錐運(yùn)動(dòng)，不會(huì)占用更多的手術(shù)操作空間。逡逑英國ＦｒｅｅＨａｎｄ公司開發(fā)了一種名為ＦｒｅｅＨａｎｄ的被動(dòng)式持鏡機(jī)械臂［８】，該機(jī)逡逑器人具備結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈巧、安裝方便，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，主要用于對(duì)攝像逡逑頭固定和支撐，為醫(yī)生實(shí)施腹腔手術(shù)過程中提供實(shí)時(shí)的高清圖像，醫(yī)生可以根逡逑據(jù)需要手動(dòng)調(diào)節(jié)攝像頭位姿。逡逑２１世紀(jì)初，手術(shù)機(jī)器人形成商業(yè)化的代表是美國Ｉｎｔｕｉｔｉｖｅ邋Ｓｕｒｇｉｃａｌ公司研發(fā)逡逑的Ｄａ邋Ｖｉｎｃｉ外科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)％該系統(tǒng)包含了手術(shù)中各個(gè)關(guān)鍵部分

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本文編號(hào)：2807677