連續(xù)型腹腔內窺鏡機器人的運動仿真與優(yōu)化研究.pdf

1、腹腔內窺鏡機器人的研究對臨床外科微創(chuàng)手術具有重要意義。內窺鏡作為醫(yī)生的“眼睛”，是微創(chuàng)手術中使用的最重要的醫(yī)療器械。普通的腹腔微創(chuàng)手術采用人工持鏡方式，醫(yī)生容易疲勞，產生抖動。臨床應用的關節(jié)型內窺鏡機器人雖能提供穩(wěn)定清晰的視野，但機器人運動空間大，不靈活。
　　 本文針對關節(jié)型內窺鏡機器人存在的運動空間受限的缺點，研究一種運動穩(wěn)定、多自由度的新型連續(xù)型內窺鏡機器人。連續(xù)型機器人是一種新型的仿生機器人，由柔性支柱構成，無剛性關節(jié)和

2、連桿結構，能靈活彎曲，模仿大象鼻子及章魚觸角的運動。文章主要研究內容及學術貢獻如下:
　　 首先，對連續(xù)型機器人進行結構設計，建立連續(xù)型機器人運動模型，對機器人進行正、逆運動學分析，分析機器人運動空間與驅動空間的映射關系，研究運動控制算法。通過運動學分析確定機器人末端位置、速度和加速度等運動特性。對連續(xù)型機器人運動學的分析是研究連續(xù)型機器人的關鍵。
　　 其次，從動力學角度分析內窺鏡機器人剛柔耦合系統(tǒng)，建立ADAMS虛擬

3、樣機模型，完成機器人的運動仿真，并對仿真結果進行數據處理和分析，通過對仿真結果和運動學分析結果的比較，驗證運動學模型和運動學分析結果的正確性。在機械多體系統(tǒng)的研究中，對剛柔耦合系統(tǒng)的建模與仿真是多體系統(tǒng)研究一個難題。
　　 最后，利用ADAMS對內窺鏡機器人的結構進行優(yōu)化分析，通過創(chuàng)建設計變量，設定初始值，利用設計變量對模型的幾何形狀進行參數化建模與分析，當設定的目標函數達到最佳時，得到對應設計變量的最優(yōu)值，設計出彎曲性能好、高