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《腹腔微创手术机器人末端执行机构的设计和实现.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第卷第〕,年片机器人,一一文章编号《又《抖腹腔微创手术机器人末端执行机构的设计和实现冯美,付,潘博,朴明波宜利,黑龙江哈尔滨哈尔滨工业人学机器人技术与系统国家重点实验室巧,设计了一种新型的腹腔微创手术机器人末端执行机构,用摘要为了提高腹腔微创手术的安全性于夹持手术器械根据腹腔微创手术的特点和技术要求,采用轴驱动和平行四杆的运动原理设计定点机构详细介绍了末端执行机构的机械结构,应用一法和矢量代数法给出了各个关节的运动学解公式,研究了控制系统的硬件结构和软件系统,并进行了样机实验实验表明所设计的末端执行
2、机构具有很好的定点运动效果,能够较好地完成手术规划,满足腹腔微创手术要求关键词微创手术机器人末端执行机构结构设计中图分类号文献标识码随堪,一,,一,,,加尽厂瓦。扭、而,,而,“一”一,丽面耐‘瓦’一,℃,“一”,而价面由引言用主从操作模式将医生的动作转换为手术器械端部,,腹腔微创手术是在腹腔切开、个、的动作体内的手腕机构具有个自由度可以任,大的切口,把手术器械插入腹腔,在视觉显示系统意模仿医生的动作克服了传统微创伤手术缺乏灵‘,、活性的缺点国内北京航空航天大学王田苗教授与的引导下切除病变的脏器和肿
3、物具有不开腹创、、,伤小痛苦小恢复快等优点比周目前国内大部分解放军海军总医院田增民教授研究出了基于立体定,可的腹腔微创手术需要医生把持手术器械进行手术操向技术的脑外科手术机器人系统以完成确定、、、,手术靶点重建三维病灶轮廓引导定位器械定作长时间准确地把持手术器械增加了医生的劳动,向手术等多个复杂步骤天津大学王树新教授研制强度因此设计一种末端执行机构来夹持手术器,,“”,械不但可以降低医生的劳动强度还可以消除由的妙手系统是主从式操作机器人该机器人,、、、、于医生手部颤抖而造成的操作误差同时为手术操可以
4、代替主刀医生完成切开分离止血打结缝作节省了空间所以,将机器人技术应用到微创外合、引流等基本操作、科手术可使手术更具安全性准确性和便利性,川和这两个系统高昂的价格不是,,目前国际上应用成熟的微创外科手术机器中国普通医院所能承受的而我国腹腔微创手术机人有美国,塔公司的系统和器人的研制还处于刚刚起步阶段因此自主开发研,公司的系统这两种系统采制高性能低成本的微创机器人具有很大的社会意基金项目国家计划资助项目收稿一一日期机器人年月结构设计设计原理在腹腔微创手术中,手术器械是通过患者体表口进入,由口切体内完成手
5、术的于切平面上的个白由度被约束,末端执行机构夹持的手术器械只需,这个自具备个白由度就可以完成手术操作由度分别为绕口两个方向的摆动,沿自身轴线的切平动和转动,如图所示为了保证手术的安全性,,图结构原理图手术器械必须绕体表切口做定点运动定点运动要,求手术器械在切口切线方向上没有移动由于手术,器械的平动和转动不涉及定点运动因此只需考虑本文设计的末端执行机构具有如下优点绕切口两个方向的摆动能够实现定点运动的方法,,,,结构简单体积小成本低易于加工制造有实现产业化被动式关节通过前面关节运动间接实现采用机械结构
6、保证定点运动,提高了手术的末端执行机构绕切口的运动,在运动过程中依靠体安全性和手术器械姿态调整的灵活性表对手术器械的作用力保证定点运动这种方法可和腹腔微创外科手术机器人前面定位关竹以保证病人的安全性却不易于调整手术器械姿态连接性好,便于整机系统开发主动控制机器人定点运动是通过对机器结构设计,一人关节的软件控制来实现的只有当机器人关节数将图中能够实现手术器械摆动白由度的关竹,大于时才有可能实现定点运动不利于减少医疗记为第、关节,平动和自转关节分别记为第、一机器人的驱动关节个数通过算法控制关节运动以,关
7、节卜面分别对这个关节进行结构设计实现切口处的定点运动降低了系统的安全性第关节结构设计远心机构通过机械结构的设计来实现定第关节采用轴驱动结构实现手术器械绕定点,、点运动目前较常用的有圆弧轨道机构轴直接驱的摆动,如图所示电机组包括数字编码、动机构和双平行四杆机构例这种方法安全性高器,电机,齿轮减速器通过谐波减速器将动力传给,成本低但机构体积相对较大输,出轴输出轴带动后面三个关节绕轴线进行旋转,进运动而实现了末端执行机构夹持的手术器械绕定点摆动由于谐波减速器的最大传动误差和最大‘,绕插入点空回都不超过提高
8、了机构的运动精度旋转绕轴线移动戈一田了卜图目匡日绕轴线转动图手术器械运动自由度图第关节结构示意图本,第关节结构设计文综合上面三种定点运动方法的特点提出,第关节利用平行了一种新的末端执行机构具有轴驱动结构和平行四杆的结构特点实现手术器,,四杆机构的运动特点结构原理如图所示要求械绕定点另一个方向的摆动机械传动和结构如图口,所轴驱动结构的轴线通过体表切平行四杆机构相示电机通过齿轮传动和同步带传动实现连杆邻俩杆如图中的连杆和连杆,且和连杆的同速反向采用谐波减速器作为动力末同速
