六自由度絲傳動(dòng)微創(chuàng)手術(shù)器械.pdf

1、微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)器械是微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人的重要組成部分。其機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)劣會(huì)直接影響系統(tǒng)性能，同時(shí)制約其他部分的研發(fā)設(shè)計(jì)。本文在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助下，對(duì)手術(shù)器械進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，運(yùn)動(dòng)學(xué)、性能、靜力學(xué)、工作空間以及運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析。
　　首先，確定本文設(shè)計(jì)的微創(chuàng)手術(shù)器械為串聯(lián)型六自由度。手術(shù)器械包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、主體連桿、執(zhí)行器部分和快換手指四部分。六個(gè)自由度分別為:肩關(guān)節(jié)偏轉(zhuǎn)自由度、肘關(guān)節(jié)俯仰自由度、腕關(guān)節(jié)俯仰自由度、手腕自轉(zhuǎn)自由度

2、、指關(guān)節(jié)俯仰自由度和手指開合自由度。自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)在腕關(guān)節(jié)與指關(guān)節(jié)間可避免多自由度器械在腔內(nèi)自轉(zhuǎn)時(shí)與腔內(nèi)器官或其他器械發(fā)生干涉。設(shè)計(jì)快速更換手指，實(shí)現(xiàn)術(shù)中各種器械的快速更換。整個(gè)微創(chuàng)手術(shù)器械搭載于直線伸縮機(jī)構(gòu)上，就可實(shí)現(xiàn)手術(shù)操作的全維運(yùn)動(dòng)，有效避免了體外機(jī)械臂間干涉問題。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)后置，為保證器械直徑小、質(zhì)量輕且長(zhǎng)距離傳動(dòng)，器械整體采用絲傳動(dòng)。最后對(duì)手術(shù)器械的鋼絲繩進(jìn)行受力分析，對(duì)鋼絲繩進(jìn)行了選型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了電機(jī)選型。
　　其

3、次，本文采用“D-H法”進(jìn)行手術(shù)器械運(yùn)動(dòng)學(xué)坐標(biāo)系的建立，且計(jì)算其末端執(zhí)行器的正運(yùn)動(dòng)學(xué)，通過解析法進(jìn)行逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。針對(duì)2Ⅳ條絲驅(qū)動(dòng)Ⅳ個(gè)自由度的絲傳動(dòng)系統(tǒng)，通過“回路分析法”，觀察絲布局列寫回路矩陣與驅(qū)動(dòng)空間等效半徑矩陣，結(jié)合傳統(tǒng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)，建立了手術(shù)器械驅(qū)動(dòng)空間到笛卡爾空間的運(yùn)動(dòng)學(xué)映射關(guān)系，加快并簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)學(xué)建模與分析過程。求取手術(shù)器械的雅可比矩陣，借助其奇異值，求解并分析手術(shù)器械的可操作度與靈巧度。
　　最后，本文對(duì)手術(shù)器械進(jìn)行