微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人力反饋型主操作手設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、微創(chuàng)是外科學(xué)不變的準(zhǔn)則,也是外科界所追求的較高境界。秉承于此,其經(jīng)歷了從原始的開放式手術(shù)到被譽(yù)為“第二次革命”的腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)的轉(zhuǎn)變。在治愈患者病痛的同時(shí),最大限度地減小其醫(yī)源性創(chuàng)傷,是醫(yī)學(xué)發(fā)展永恒的旋律。微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人正是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生的。微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人是當(dāng)今外科手術(shù)發(fā)展的前沿科技。主操作手是醫(yī)生對(duì)手術(shù)機(jī)器人進(jìn)行控制的直接“界面”。在手術(shù)過程中,醫(yī)生要自始至終通過主操作手控制從操作手和手術(shù)器械。因此,主操作手的性能將直

2、接影響手術(shù)的質(zhì)量。本文的主要內(nèi)容如下:
　　針對(duì)人體腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)的工作空間以及在實(shí)際手術(shù)過程中醫(yī)生手部動(dòng)作的特點(diǎn),確定主操作手的性能指標(biāo)與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,進(jìn)而完成主操作手結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)。運(yùn)用改進(jìn)D-H法對(duì)主操作手機(jī)構(gòu)進(jìn)行正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解,通過主操作手雅克比矩陣分析計(jì)算主手的條件數(shù)和可操作度,進(jìn)而確定主操作手主要參數(shù),并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真與工作空間分析,最終確定主操作手的結(jié)構(gòu)。
　　根據(jù)所提出的主操作手結(jié)構(gòu),完成主操作手詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),解決

3、關(guān)節(jié)多級(jí)絲傳動(dòng)布局、電機(jī)前置布局、絲傳動(dòng)張緊等設(shè)計(jì)問題,實(shí)現(xiàn)電器電纜與結(jié)構(gòu)的一體化設(shè)計(jì),完成主操作手的裝配與性能測試。
　　建立主操作手的靜力學(xué)模型,并確定主操作手位姿與主手連桿保持重力平衡各關(guān)節(jié)所需補(bǔ)償力矩的數(shù)學(xué)表達(dá)式,仿真分析主操作手三維模型中各關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力矩,驗(yàn)證數(shù)學(xué)表達(dá)式的正確性。建立經(jīng)典摩擦模型,通過實(shí)驗(yàn)辨識(shí)摩擦模型的靜摩擦參數(shù),最終建立各關(guān)節(jié)重力與摩擦力前饋補(bǔ)償控制策略。通過主操作手末端軌跡跟蹤、主從跟蹤試驗(yàn),驗(yàn)證主操