剛柔混合機構機械手的低成本運動學仿真平臺.pdf

1、微創(chuàng)手術相比于傳統(tǒng)手術,具有創(chuàng)傷小,恢復時間短等優(yōu)點,以至于近年來得到了快速的發(fā)展。特別是將機器人技術運用于微創(chuàng)手術中,使得手術的精確性得到了顯著的提高,而且降低了醫(yī)生的疲勞強度。末端執(zhí)行機構是手術機器人最重要的部分,其性能好壞將直接影響手術的質量。柔性機械手由于其體積小,靈活度高等特點,在近幾年被廣泛應用于設計手術機器人。本文針對于一種新型的剛柔混合結構的機械手設計了一個低成本的運動學仿真平臺。對執(zhí)行機構的運動仿真不僅可以進行結構和算

2、法的優(yōu)化,而且能夠模擬手術過程,給初次使用手術機器人的人提供實際的操作指導。
　　該運動學仿真平臺采用主從控制方式,主動端采用一個低成本的光學跟蹤器,從動端是用開源OpenGl繪制的剛柔混合機械手。
　　從動端以一節(jié)和多節(jié)剛柔混合結構機械手的運動學模型為基礎,根據主動端反饋的機械手末端的位置信息,反解機械手的關節(jié)變量,而每一組關節(jié)變量又對應一個機械手的姿態(tài)。當末端位置信息不斷更新的時候,機械手的姿態(tài)就能隨之不斷變化。從動端機

3、械手的結構參數(shù)是可設置的。用戶可以通過設置不同的結構參數(shù)來觀察不同結構機械手的運動能力。
　　主動端的設計采用一個低成本的光學跟蹤器,該光學跟蹤器配備兩個指揮棒,分別控制從動端兩個機械手的運動。現(xiàn)存的主動端的解決方案大部分采用昂貴的高精度的機械和光學跟蹤器,對于低精度的應用是一種浪費。所以,本文設計了一種非常低成本的光學跟蹤器。該跟蹤器能夠實時的識別兩個指揮棒的位置,并傳遞給從動端,讓其控制機械手的運動。
　　該仿真平臺的有