前列腺粒子植入機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、隨著機(jī)器人技術(shù)和計(jì)算機(jī)影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微創(chuàng)手術(shù)也取得了巨大進(jìn)步，并逐漸應(yīng)用于臨床手術(shù)中。鑒于微創(chuàng)機(jī)器人輔助醫(yī)生手術(shù)帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，本文設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于前列腺粒子植入的機(jī)器人系統(tǒng)，用以輔助醫(yī)生完成放射性粒子植入手術(shù)來(lái)治療前列腺癌，該系統(tǒng)不但能提高手術(shù)精度和手術(shù)效率，而且能減少放射線對(duì)醫(yī)生的傷害、降低勞動(dòng)強(qiáng)度。
　　首先，本文分析了前列腺粒子植入手術(shù)的可操作空間，并以此為基礎(chǔ)提出了前列腺粒子植入機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求；并將機(jī)器人系統(tǒng)劃分為位置

2、調(diào)整模塊、姿態(tài)調(diào)整模塊、末端植入器三個(gè)組成部分。討論了自由度分配和構(gòu)型選擇。位置調(diào)整模塊設(shè)計(jì)中，通過(guò)桿件尺寸優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了3自由度位置調(diào)整機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)解耦；姿態(tài)調(diào)整模塊采用了 RCM機(jī)構(gòu)，并通過(guò)引入了另一組平行四邊形機(jī)構(gòu)解決了姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)死點(diǎn)問(wèn)題。末端植入器采用了齒輪齒條機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)外針，硬質(zhì)摩擦槽輪驅(qū)動(dòng)內(nèi)針，保證較準(zhǔn)確的進(jìn)針?lè)较?，并設(shè)計(jì)了彈簧壓緊機(jī)構(gòu)提供穩(wěn)定壓緊力。
　　其次，采用 ANSYS Workbench有限元仿真軟件分析了位

3、置調(diào)整模塊和姿態(tài)調(diào)整模塊，得到了總變形和等效應(yīng)力云圖；同時(shí)對(duì)主要零部件進(jìn)行了強(qiáng)度分析。為了便于運(yùn)動(dòng)控制，本文采用 D-H法進(jìn)行了機(jī)器人系統(tǒng)正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，得到了位置、速度、加速度的矩陣表達(dá)形式。此外，通過(guò) ADAMS虛擬樣機(jī)軟件進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，檢驗(yàn)論文數(shù)值計(jì)算部分得到結(jié)論的準(zhǔn)確性；并進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，評(píng)價(jià)前列腺粒子植入機(jī)器人的結(jié)構(gòu)合理可行性。本文還進(jìn)行了生物組織粒子植入穿刺實(shí)驗(yàn)，得到相應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)器人提供數(shù)據(jù)參考。