單孔腹腔微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人的機(jī)械臂系統(tǒng)研究.pdf

1、單孔腹腔微創(chuàng)手術(shù)是一種只需要在腹腔開一個(gè)孔的微小創(chuàng)傷型手術(shù),它不僅具有與傳統(tǒng)多孔微創(chuàng)外科手術(shù)和普通開放式手術(shù)同等的療效,還具有創(chuàng)傷小、疼痛輕、術(shù)后恢復(fù)快和創(chuàng)口美觀性好等優(yōu)點(diǎn),并且,其應(yīng)用范圍不受限于人體自然腔道的位置,比通過人體自然腔道的微創(chuàng)手術(shù)具有更廣泛的應(yīng)用范圍。
　　本課題在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“單孔腔內(nèi)微型機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制技術(shù)研究”的支持下,詳細(xì)設(shè)計(jì)了一種針對(duì)單孔腹腔微創(chuàng)手術(shù)的機(jī)器人系統(tǒng)。
　　首先,

2、結(jié)合實(shí)際手術(shù)操作中對(duì)單孔腹腔微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人的動(dòng)作需求,設(shè)計(jì)了一款7自由度的機(jī)器人,完成了三維建模和手術(shù)器械模塊、柔性臂模塊、電機(jī)傳動(dòng)模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)絲的巧妙布置,避免了彼此的干涉。針對(duì)末端微器械提出了一種無耦合的設(shè)計(jì)方案,成功解決了微器械腕部跟手術(shù)鉗相互耦合的問題。
　　其次,設(shè)計(jì)了一種通過對(duì)超彈性Nitinol合金柔性管進(jìn)行三角形切口來實(shí)現(xiàn)彎轉(zhuǎn)自由度的關(guān)節(jié)模型。利用兩組交叉90°的切口組合實(shí)現(xiàn)了柔性臂的俯仰、橫擺兩個(gè)彎

3、轉(zhuǎn)自由度,在保證關(guān)節(jié)自由度要求的前提下很好的保證了管臂內(nèi)大的空腔,可以用于通過末端器械的驅(qū)動(dòng)絲、能源線纜、信號(hào)數(shù)據(jù)線纜等,為末端關(guān)節(jié)的多自由度設(shè)計(jì)提供了可能。而且基于Timoshenko梁理論,完成了柔性臂的靜力學(xué)建模和 ANSYS仿真,并對(duì)柔性臂的切口尺寸、加工工藝、材質(zhì)要求進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證。此外,求解了運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和工作空間,對(duì)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)果進(jìn)行了理論驗(yàn)證。
　　最終,完成了機(jī)器人平臺(tái)關(guān)鍵部件的受力校核和選型,搭建了實(shí)驗(yàn)樣機(jī),采