腹腔微創(chuàng)手術機器人手術器械研究.pdf

1、微創(chuàng)外科手術（MIS/Minimally Invasive Surgery）在減輕患者病痛方面具有創(chuàng)口小、出血少和愈合快等特點，手術及護理成本相比開放性手術也具有巨大優(yōu)勢，因此其已廣泛應用于傳統外科手術領域且在技術上日趨成熟。機器人與人手相比在持續(xù)性精度及運動范圍上具有無可比擬的優(yōu)勢，而將其運用于腹腔微創(chuàng)手術領域能夠在有效提高手術質量的同時提高手術操作的方便性，因此腹腔微創(chuàng)手術機器人系統已成為機器人領域的研究新熱點。
　　本課題來

2、源于國家“863”計劃資助項目“腹腔微創(chuàng)手術機器人系統研究”，針對腹腔微創(chuàng)手術機器人手術器械按功能需求進行了模塊化方案設計，對個模塊進行了具體的結構設計，并對手術器械進行了力學和運動學的分析和仿真。
　　首先，通過機器人輔助腹腔微創(chuàng)手術的流程分析得出所設計手術器械需要的自由度和傳動方式。對于手術鉗設置4個自由度，分別為操作桿的旋轉運動、腕部的擺動和兩個手指相互獨立的開合運動；對于電刀設置3個自由度，分別為操作桿的旋轉運動、腕部的擺

3、動和手指的擺動。把手術器械分為機械臂接口模塊、電機傳動模塊和手術器械本體模塊，從而組合出手術器械的總體結構方案。
　　其次，對手術器械各模塊的具體結構進行詳細設計。針對機械臂接口模塊設置鎖緊圈鎖緊機構，以方便手術器械的快速更換；針對電機傳動模塊設計電機動力傳動路線和離合裝置，對于手術鉗和電刀做了通用性設計，以增強不同類別手術器械電機傳動模塊的互換性；針對手術器械本體模塊的通用部分設置了桿部自轉裝置和端部張緊導向裝置，對手術鉗末端執(zhí)

4、行裝置進行設計并得出控制解耦方案，對電刀末端執(zhí)行裝置進行耦合機理分析并設計出無耦合機構。
　　而后，對手術器械進行分析仿真。在力學方面，對于手術鉗和電刀的傳動繩進行受力計算并進行了選型；對于操作桿進行了壓桿穩(wěn)定性和彎曲變形分析；對于手術鉗手指進行了最大夾持力下應變和應力ANSYS仿真分析。在運動學方面，對于手術鉗和電刀分別推導出機器人所有關節(jié)的轉換矩陣，并進行了初始位姿計算；利用ADAMS對手術鉗進行了耦合運動仿真，并且對電刀進行