機(jī)器人微創(chuàng)手術(shù)器械研制及手術(shù)操作性能分析.pdf

1、隨著語音識別技術(shù)、圖像壓縮和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及新型材料研究的不斷深入,以及機(jī)器人在操作穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性等方面無可比擬的優(yōu)勢,醫(yī)療機(jī)器人需求不斷增長,機(jī)器人在更廣泛的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到應(yīng)用。對于微創(chuàng)醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人,手術(shù)器械是其完成手術(shù)的執(zhí)行工具,是微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分,近年了得到廣泛關(guān)注與研究。本課題在國家“863”項(xiàng)目計(jì)劃支持下展開機(jī)器人微創(chuàng)手術(shù)器械研究。
　　在分析腹腔微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人的手術(shù)流程和典型的微創(chuàng)

2、手術(shù)操作的基礎(chǔ)上,對手術(shù)器械進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。手術(shù)器械分為手術(shù)器械本體模塊和驅(qū)動平臺模塊。手術(shù)器械本體模塊分為末端執(zhí)行器、操作桿、傳動盒和快換接口等。根據(jù)微創(chuàng)手術(shù)的需求,設(shè)計(jì)不同種類的末端執(zhí)行器。由于需要長距離傳動,采用鋼絲繩實(shí)現(xiàn)傳動盒與末端執(zhí)行器之間的動力傳遞,驅(qū)動盒內(nèi)設(shè)計(jì)有鋼絲預(yù)緊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鋼絲繩預(yù)緊?？鞊Q機(jī)構(gòu)采用上下非對稱離合盤機(jī)構(gòu),當(dāng)電機(jī)驅(qū)動的上離合盤轉(zhuǎn)到配合位置時(shí),彈簧作用,上離合盤頂入下離合盤,進(jìn)行驅(qū)動。
　　手術(shù)器械驅(qū)動模

3、塊為手術(shù)器械本體模塊提供驅(qū)動力矩,由電機(jī)驅(qū)動結(jié)構(gòu)、動力傳遞結(jié)構(gòu)和手術(shù)器械接口三部分構(gòu)成。為提高操作安全性,采用驅(qū)動電機(jī)后置的設(shè)計(jì)方案。由于電機(jī)驅(qū)動軸線與手術(shù)器械的驅(qū)動線輪軸線布置不平行,也采用繩驅(qū)動方案。動力傳遞結(jié)構(gòu)使鋼絲繩拉力傳遞到手術(shù)器械接口上的離合盤,當(dāng)驅(qū)動模塊與手術(shù)器械本體模塊實(shí)現(xiàn)連接后,電機(jī)的驅(qū)動力矩就傳遞到器械的末端執(zhí)行器,進(jìn)行相應(yīng)的手術(shù)操作。
　　對手術(shù)器械進(jìn)行靜力分析與運(yùn)動學(xué)分析。對于器械末端執(zhí)行器的手指和腕部進(jìn)行

4、受力計(jì)算,并用ANSYS仿真分析;對操作桿校核了壓桿穩(wěn)定性和彎曲變形分析;對于電機(jī)和鋼絲繩進(jìn)行了選型。在運(yùn)動學(xué)方面,得到手術(shù)器械末端位姿的轉(zhuǎn)換矩陣,并對初始位姿進(jìn)行了計(jì)算;并計(jì)算了夾鉗類手術(shù)器械的運(yùn)動學(xué)逆解,減速比和雅克比矩陣,并對手術(shù)鉗進(jìn)行了運(yùn)動仿真。最后用手術(shù)器械,手術(shù)器械驅(qū)動平臺,Maxon電機(jī)和Elmo控制卡,采用CAN通信搭建了手術(shù)器械實(shí)驗(yàn)平臺,對手術(shù)器械進(jìn)行操作性能測試,驗(yàn)證器械的運(yùn)動性能、快換機(jī)構(gòu)和記憶芯片等基礎(chǔ)功能的實(shí)現(xiàn)