顯微外科手術(shù)機器人工作空間分析與綜合.pdf

1、顯微外科手術(shù)機器人是醫(yī)療機器人一個重要的研究領(lǐng)域，既涉及到了機器人相關(guān)的知識，又融合了顯微外科學的諸多內(nèi)容。本文以血管吻合顯微手術(shù)為對象，對醫(yī)生的動作進行了記錄和量化分析，在此基礎(chǔ)上得到了顯微外科手術(shù)的基本操作的數(shù)據(jù)和空間布局。以數(shù)值方法、集合論、矩陣理論、計算機圖形學以及機器人運動學為工具，深入的對顯微外科手術(shù)機器人工作空間分析與綜合兩方面問題進行了研究。取得了如下主要成果： 采用蒙特卡羅方法，根據(jù)機器人關(guān)節(jié)空間到工作空間的運

2、動學映射關(guān)系得到了機器人工作空間。對于平面機構(gòu)的工作空間依照按列劃分的方法得到了邊界曲線以及對應的面積表達式。對于三維工作空間，在按層劃分得到每一層的邊界曲線的基礎(chǔ)上，采用包絡原理得到空間曲面的形狀和體積表達式。在此基礎(chǔ)上，定義并求解了機器人手術(shù)操作空間，給出了兩個操作臂相互位置變化的時候，其幾何形狀和體積的變化關(guān)系。 對于機器人的在工作空間中某點的機構(gòu)靈活度分析，綜合了計算機圖形學和機器人運動學的內(nèi)容，提出了全拓撲分解法。根據(jù)

3、顯微手術(shù)操作的特點，提出了定向靈活度及對應的定向靈活工作空間的概念。將定向靈活工作空間的求解歸結(jié)為對定常方向工作空間求圖形交集的問題。由于上述分析方法不需要對位姿方程進行逆解計算，所以形式非常簡單，易于工程應用。 提出了多因素條件下的顯微外科手術(shù)機器人的優(yōu)化設(shè)計方法。該方法不但綜合了不同運動靜力學性能指標，而且考慮到了工作空間對優(yōu)化設(shè)計的影響。在綜合考慮機器人手術(shù)操作空間存在性和雙臂協(xié)調(diào)靈活性的基礎(chǔ)上，對手術(shù)區(qū)域的布置問題進行了