七自由度力反饋主手結構設計與仿真.pdf

1、近年來，微創(chuàng)手術在外科手術中占的比重越來越大，但是傳統(tǒng)微創(chuàng)手術過程中，醫(yī)生操作起來易疲勞，而且容易在手術過程中產生誤動作。機器人輔助微創(chuàng)手術能有效解決上述問題。在微創(chuàng)手術機器人的研制中，主手研究一直是其中的熱點與難點。微創(chuàng)手術機器人對于工作空間大，操作靈活，同時具備力反饋功能的主操作手的需求一直很強烈。本課題結合實際工程背景，研發(fā)一款性能優(yōu)良的力反饋主操作手。
　　本文首先對主手進行功能設計，依據功能設計的結果，對主手進行結構設計

2、。使用增量式映射關系以及“專”字型布置方式完成手臂3自由度結構優(yōu)化設計，在保證工作空間大小不變的前提下，有效縮短了桿件長度，使得結構更加緊湊。對手腕結構進行設計，詳細設計高度集成且具有力反饋功能的4自由度手腕以及手柄夾持機構，完成手腕的具體結構設計工作。
　　對主手進行運動學建模并驗證其正確性，利用雅克比矩陣條件數對主手進行優(yōu)化。使用改進的D-H參數法建立運動學模型，根據此模型計算主手7個自由度的正運動學以及7個關節(jié)角度的逆運動學

3、。利用Adams仿真與Matlab計算相對比的方法驗證運動學模型的正確性。根據此運動學模型計算該主手的速度雅克比矩陣。選取雅克比矩陣條件數指標驗證主手可操作度，結合雅克比矩陣條件數的倒數分析手臂部分奇異位形，并據此對機構參數進行優(yōu)化設計，優(yōu)化目標的滿足使得目標工作空間具備較高的相對可操作度。
　　對七自由度主手進行動力學建模。使用拉格朗日方程法建立主手3自由度手臂部分的動力學模型，使用凱恩方程法建立4自由度手腕部分的動力學模型。并