單孔腹腔微創(chuàng)手術(shù)機器人的機械臂系統(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,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)基金項目“單孔腔內(nèi)微型機器人外科手術(shù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計與控制技術(shù)研究”的支持下,詳細(xì)設(shè)計了一種針對單孔腹腔微創(chuàng)手術(shù)的機器人系統(tǒng)。
　　首先,

2、結(jié)合實際手術(shù)操作中對單孔腹腔微創(chuàng)手術(shù)機器人的動作需求,設(shè)計了一款7自由度的機器人,完成了三維建模和手術(shù)器械模塊、柔性臂模塊、電機傳動模塊的詳細(xì)設(shè)計,實現(xiàn)了驅(qū)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(shè)計方案,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)計了一種通過對超彈性Nitinol合金柔性管進(jìn)行三角形切口來實現(xiàn)彎轉(zhuǎn)自由度的關(guān)節(jié)模型。利用兩組交叉90°的切口組合實現(xiàn)了柔性臂的俯仰、橫擺兩個彎

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)動絲、能源線纜、信號數(shù)據(jù)線纜等,為末端關(guān)節(jié)的多自由度設(shè)計提供了可能。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,并對柔性臂的切口尺寸、加工工藝、材質(zhì)要求進(jìn)行了實驗對比驗證。此外,求解了運動學(xué)模型和工作空間,對逆運動學(xué)結(jié)果進(jìn)行了理論驗證。
　　最終,完成了機器人平臺關(guān)鍵部件的受力校核和選型,搭建了實驗樣機,采