單孔腹腔微創(chuàng)手術機器人的機械臂系統(tǒng)研究.pdf

1、單孔腹腔微創(chuàng)手術是一種只需要在腹腔開一個孔的微小創(chuàng)傷型手術,它不僅具有與傳統(tǒng)多孔微創(chuàng)外科手術和普通開放式手術同等的療效,還具有創(chuàng)傷小、疼痛輕、術后恢復快和創(chuàng)口美觀性好等優(yōu)點,并且,其應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)手術具有更廣泛的應用范圍。
　　本課題在國家自然科學基金項目“單孔腔內微型機器人外科手術系統(tǒng)優(yōu)化設計與控制技術研究”的支持下,詳細設計了一種針對單孔腹腔微創(chuàng)手術的機器人系統(tǒng)。
　　首先,

2、結合實際手術操作中對單孔腹腔微創(chuàng)手術機器人的動作需求,設計了一款7自由度的機器人,完成了三維建模和手術器械模塊、柔性臂模塊、電機傳動模塊的詳細設計,實現(xiàn)了驅動絲的巧妙布置,避免了彼此的干涉。針對末端微器械提出了一種無耦合的設計方案,成功解決了微器械腕部跟手術鉗相互耦合的問題。
　　其次,設計了一種通過對超彈性Nitinol合金柔性管進行三角形切口來實現(xiàn)彎轉自由度的關節(jié)模型。利用兩組交叉90°的切口組合實現(xiàn)了柔性臂的俯仰、橫擺兩個彎

3、轉自由度,在保證關節(jié)自由度要求的前提下很好的保證了管臂內大的空腔,可以用于通過末端器械的驅動絲、能源線纜、信號數(shù)據(jù)線纜等,為末端關節(jié)的多自由度設計提供了可能。而且基于Timoshenko梁理論,完成了柔性臂的靜力學建模和 ANSYS仿真,并對柔性臂的切口尺寸、加工工藝、材質要求進行了實驗對比驗證。此外,求解了運動學模型和工作空間,對逆運動學結果進行了理論驗證。
　　最終,完成了機器人平臺關鍵部件的受力校核和選型,搭建了實驗樣機,采