喉部手術(shù)機(jī)器人末端工具的研究與開發(fā).pdf

1、本文所研究與開發(fā)的喉部手術(shù)機(jī)器人從操作手末端工具，是喉部手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的組成部分。系統(tǒng)面向喉部微創(chuàng)外科手術(shù)，能夠在支撐喉鏡下進(jìn)行雙手操作，完成對(duì)病變組織的夾持、分離、切除、手術(shù)清淤等操作。本套系統(tǒng)的使用，將擴(kuò)大此類手術(shù)的適應(yīng)癥范圍、提高手術(shù)質(zhì)量、減輕醫(yī)生疲勞及患者痛苦、縮短康復(fù)周期。 首先，根據(jù)喉部手術(shù)自身特點(diǎn)，對(duì)手術(shù)布局、手術(shù)操作空間、手術(shù)動(dòng)作進(jìn)行量化分析，給出喉部手術(shù)機(jī)器人從操作手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求：此基礎(chǔ)上，引出從操作手的構(gòu)型綜

2、合問題，并對(duì)臂部構(gòu)型、腕部構(gòu)型以及手部構(gòu)型分別加以分析，從而得出從操作手的整體構(gòu)型；并應(yīng)用D—H方法建立從操作手的數(shù)學(xué)模型。 其次，對(duì)喉部手術(shù)機(jī)器人末端工具加以分析并進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，得出具有自轉(zhuǎn)、俯仰和開合三自由度的末端工具整體結(jié)構(gòu)，并針對(duì)若干關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方式給出了方案；最后對(duì)末端工具的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行討論，并對(duì)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)計(jì)算。 建立喉部手術(shù)機(jī)器人末端工具的虛擬樣機(jī)模型，使用ADAMS軟件對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真分析。從

3、運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度出發(fā)，得出各關(guān)節(jié)的速度曲線和行程范圍，確保各部件間傳動(dòng)正常、無干涉發(fā)生；從動(dòng)力學(xué)的角度出發(fā)，得出各自由度電機(jī)輸出軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和功率曲線，為控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及伺服機(jī)組的選型提供理論依據(jù)。 最后，確定喉部手術(shù)機(jī)器人控制系統(tǒng)總體方案；對(duì)控制系統(tǒng)硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括運(yùn)動(dòng)控制單元、伺服電機(jī)執(zhí)行單元等；采用高性能的運(yùn)動(dòng)控制卡獲來得相當(dāng)高的運(yùn)動(dòng)控制品質(zhì)；根據(jù)動(dòng)力學(xué)仿真分析結(jié)果，在MATLAB Simulink模塊中建立伺服系統(tǒng)開環(huán)模