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腹腔镜微创外科手术机器人主操作手的设计与实验研究

作　者: 周文亮
导　师: 王树新
学　校: 天津大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 微创外科手术主操作手主从操作构型尺度精度标定
分类号: TP242.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 85次
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内容摘要

腹腔镜微创外科手术机器人是医疗机器人的一个重要研究领域,用机器人技术结合医生的经验,不仅提高了手术质量和安全性,减轻了病人的痛苦,缩短了术后恢复时间,而且使微创手术技术应用于更精密的手术领域,扩展了微创技术的应用范围。本文以腹腔镜微创外科手术机器人的主操作手为研究对象,针对机器人主从操作手“异构”的特点以及腹腔镜微创手术要求,研究了主手的构型,并设计实验进行精度标定。本文工作主要包括以下内容:首先,在保证主手工作空间的前提下,对主手的构型和尺寸参数进行了综合分析。主手前三个关节采用RRR形式,其第二和第三关节杆长度应尽可能相等;后三个关节均为回转关节,其旋转中心汇交于一点。根据确定的构型和尺度,结合主手自重平衡的要求,对主手进行了总体结构设计。其次,设计实验对主手进行精度标定。最后,设计了机器人主-从操作手运动控制实验,对机器人系统的主从映射的操作模式作了验证。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-17
  1.1 引言  8
  1.2 课题研究的背景和意义  8-15
    1.2.1 主从式医疗手术机器人概述  8-11
    1.2.2 带有力感觉的主操作手发展综述  11-15
  1.3 需要解决的主要问题  15
    1.3.1 构型综合  15
    1.3.2 标定实验  15
  1.4 本文的主要研究内容  15-17
第二章手术机器人的构型和尺度综合  17-36
  2.1 引言  17
  2.2 人机工程学概述  17-19
  2.3 手术机器人主手的构型综合  19-24
    2.3.1 手术机器人主手的功能分析与设计原则  19
    2.3.2 手术机器人主手的结构选择  19-20
    2.3.3 手术机器人主手的构型分析  20-24
  2.4 运动学分析  24-28
    2.4.1 正运动学分析  24-26
    2.4.2 逆运动学分析  26-27
    2.4.3 速度模型分析  27-28
  2.5 手术机器人主手的尺度综合  28-31
    2.5.1 工作空间  28-29
    2.5.2 约束条件  29-30
    2.5.3 全域综合性能指标优化  30-31
    2.5.4 优化结果  31
  2.6 手术机器人主手的最终构型  31-35
  2.7 本章小结  35-36
第三章手术机器人主手的标定  36-47
  3.1 引言  36
  3.2 手术机器人主手的控制系统概述  36-39
    3.2.1 控制系统硬件概述  36-37
    3.2.2 控制系统软件概述  37-38
    3.2.3 控制系统误差分析  38-39
  3.3 手术机器人主手的位姿标定  39-46
    3.3.1 手术机器人主手的位姿标定过程  39-40
    3.3.2 手术机器人主手的位姿的初步标定与验证  40-42
    3.3.3 手术机器人主手的位姿的精确标定与验证  42-46
  3.4 本章小结  46-47
第四章主从操作实验研究  47-55
  4.1 引言  47
  4.2 手术机器人系统实验台介绍  47-50
    4.2.1 手术机器人系统组成  47-48
    4.2.2 控制系统硬件平台  48-49
    4.2.3 控制系统软件联合调试方法  49-50
  4.3 机器人主从操作重复定位精度测试  50-54
    4.3.1 测量方法  50-51
    4.3.2 两点重复定位精度测试  51-52
    4.3.3 多点直线拟合实验  52-54
  4.4 本章小结  54-55
第五章全文总结与展望  55-56
参考文献  56-58
发表论文和参加科研情况说明  58-59
致谢  59

腹腔镜微创外科手术机器人主操作手的设计与实验研究

内容摘要

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