繩驅(qū)動介入式主動導(dǎo)管的設(shè)計與研究.pdf

1、仿生介入診療機器人開發(fā)已經(jīng)成為國際醫(yī)療器械行業(yè)的熱門課題。本文在充分研究了人體管腔的特點以及介入手術(shù)需要的基礎(chǔ)上，提出了基于繩驅(qū)動技術(shù)的主動式介入導(dǎo)管設(shè)計方案。設(shè)計具有冗余自由度的繩驅(qū)動導(dǎo)管頭端機械結(jié)構(gòu)；利用SolidWorks三維造型軟件建立介入式主動導(dǎo)管以及繩繞放機構(gòu)的三維實體模型，并進(jìn)行了干涉檢查。針對本系統(tǒng)，提出了繩長在線測量方案。
　　 運用D-H參數(shù)法建立了導(dǎo)管主動彎曲頭端運動學(xué)模型。針對導(dǎo)管的運動學(xué)正解問題，采用N

2、ewton-Raphson迭代法計算出各個繩長的數(shù)值解；針對運動學(xué)反解中自由度冗余問題，采用加權(quán)系數(shù)梯度投影法來進(jìn)行了導(dǎo)管各個關(guān)節(jié)的運動學(xué)逆解計算；根據(jù)所建立的運動學(xué)模型求解出繩長關(guān)于關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的解析解；對各個關(guān)節(jié)間的繩長進(jìn)行解耦分析。
　　 運用力鎖合理論，對導(dǎo)管單個連桿上同一端的兩個轉(zhuǎn)角的范圍進(jìn)行了理論解算。根據(jù)計算結(jié)果，利用Monte-Carlo算法對導(dǎo)管關(guān)節(jié)工作空間以及導(dǎo)管主動頭端工作空間進(jìn)行了分析計算；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)單