基于彈性體的手術微器械手指鉗力覺檢測關鍵技術研究.pdf

1、機器人輔助的微創(chuàng)外科手術是以微小創(chuàng)傷為代價便可達到開放性手術效果的新型手術方式，具有創(chuàng)傷小、流血少、術后恢復快、手術精度高和成功率高等優(yōu)點，是外科手術發(fā)展的趨勢。對于手術機器人系統(tǒng)，手術微器械與病人的器官組織之間的力覺交互信息在醫(yī)生手術操作過程中具有極其重要的作用，它能夠幫助醫(yī)生感知手術部位器官組織的硬度、衡量組織屬性，從而能夠預警或避免對器官組織產(chǎn)生附加的損傷。為此本文設計了一款應用于機器人腹腔微創(chuàng)外科手術的具有三維力覺檢測功能的單自

2、由度新型手術微器械。
　　根據(jù)國內(nèi)外手術微器械的研究現(xiàn)狀，詳細分析了微器械的力覺檢測方式和力覺檢測單元在手術微器械上的安裝位置，依據(jù)設計原則及技術指標，提出了新型彈性體結構，并基于該彈性體結構，完成了具有力覺檢測功能的微器械手指鉗整體結構設計，對桿驅動的微器械手指鉗進行了運動學分析，建立了相應的數(shù)學模型。
　　應變片選型后，完成了其在彈性體表面的布局以及搭建了差動全橋測量電路；應用ANSYS軟件仿真分析，選擇了應變片的粘貼位

3、置，并對粘貼位置處的彈性體表面進行了線性度驗證；應用 Workbench的Static Structural模塊對微器械兩片手指鉗進行了靜力學仿真分析，驗證了仿真值與理論值的一致性；最后應用 Modal模塊進行了模態(tài)仿真分析，求得了微器械的固有頻率及固有陣型。
　　對新型微器械手指鉗進行了三維力解耦研究。首先建立了單軸力與應變的數(shù)學關系模型；在此基礎上，提出了基于應變差值分段多項式擬合的新型非線性解耦算法，完成了手指鉗的二維力靜態(tài)