基于彈性體的手術(shù)微器械手指鉗力覺檢測關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、機(jī)器人輔助的微創(chuàng)外科手術(shù)是以微小創(chuàng)傷為代價便可達(dá)到開放性手術(shù)效果的新型手術(shù)方式，具有創(chuàng)傷小、流血少、術(shù)后恢復(fù)快、手術(shù)精度高和成功率高等優(yōu)點(diǎn)，是外科手術(shù)發(fā)展的趨勢。對于手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，手術(shù)微器械與病人的器官組織之間的力覺交互信息在醫(yī)生手術(shù)操作過程中具有極其重要的作用，它能夠幫助醫(yī)生感知手術(shù)部位器官組織的硬度、衡量組織屬性，從而能夠預(yù)警或避免對器官組織產(chǎn)生附加的損傷。為此本文設(shè)計(jì)了一款應(yīng)用于機(jī)器人腹腔微創(chuàng)外科手術(shù)的具有三維力覺檢測功能的單自

2、由度新型手術(shù)微器械。
　　根據(jù)國內(nèi)外手術(shù)微器械的研究現(xiàn)狀，詳細(xì)分析了微器械的力覺檢測方式和力覺檢測單元在手術(shù)微器械上的安裝位置，依據(jù)設(shè)計(jì)原則及技術(shù)指標(biāo)，提出了新型彈性體結(jié)構(gòu)，并基于該彈性體結(jié)構(gòu)，完成了具有力覺檢測功能的微器械手指鉗整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對桿驅(qū)動的微器械手指鉗進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)分析，建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。
　　應(yīng)變片選型后，完成了其在彈性體表面的布局以及搭建了差動全橋測量電路；應(yīng)用ANSYS軟件仿真分析，選擇了應(yīng)變片的粘貼位

3、置，并對粘貼位置處的彈性體表面進(jìn)行了線性度驗(yàn)證；應(yīng)用 Workbench的Static Structural模塊對微器械兩片手指鉗進(jìn)行了靜力學(xué)仿真分析，驗(yàn)證了仿真值與理論值的一致性；最后應(yīng)用 Modal模塊進(jìn)行了模態(tài)仿真分析，求得了微器械的固有頻率及固有陣型。
　　對新型微器械手指鉗進(jìn)行了三維力解耦研究。首先建立了單軸力與應(yīng)變的數(shù)學(xué)關(guān)系模型；在此基礎(chǔ)上，提出了基于應(yīng)變差值分段多項(xiàng)式擬合的新型非線性解耦算法，完成了手指鉗的二維力靜態(tài)