七自由度微创手术机器人运动学及其工作空间分析.pdf

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1、第2期2010年2月l81文章编号：l001—3997【2010)02—0181-02七自由度微创手术机器人运动学及其工作空间分析臧继元刁燕陈勇(四川大学制造科学与工程学院，成都610065)ThekinematicsandworkspaceanalysisofasevenD0FminimallVinvasivesurgicaIrobotZANGJi-yuan，DIAOYan，CHENYong(SchoolofManufacturingScienceandEngineering，SichuanUniver

2、sity，Chengdu610065，China)【摘要】依据手术机器人的3-作特点和设计原则要求，提出了一种体积小巧、结构紧凑的冗佘7自57机由度y机器人构型，对具有冗余7自由度串联结构的手术机器人建立了D—H运动学的分析方法，运用2：MATLAB求出了正解，并代入初始值验证了正解的正确性。采用基于随机概率的蒙特卡罗方法，基于对蒙÷特卡洛法的掌握，运用MATLAB软件编写程序生成工作空间的“云图”，据I)__H方法可知本课题机器人的运动学方程，代入其末端执行器的位置方程可得整个机器人末端的三维工作空间图

3、，结果表明本机器人工作空◇与&：间大，可以满足手术要求，为后续机器人的动力学模型、轨迹规划及实时控制功能的实现奠定了基础。削÷造№关键词：手术机器人；matlab；运动学；工作空间：【Abstract】AccordingtotheworkingcharacteristicsanddesigJzprinciples，asmall，compactrobot2AsevenDOFredundantrobotwaspresented．TherobotwithTheforwardsolutionwassolvedby

4、D—Hmeth一()÷ods，byusingMATLABSoftwareprogramming．Tovalidatetheforwardsolution，weentertherelevantp√；：(zmeep。ses。zM凡ses·ReeeresMsQ厂MB。d。nⅡr伽。mprfJ6ilityoftheMonteCarlomethod，accordingtojointspacetothemappingworkspace，robotshavebeenthework0space．Thethree—dime

5、nsionalspace，inaccord(tncewitheachfrbylayerofthebordercurveontheba—、V．sisofprinciplesadoptedbytheenvelopeofspaceshapeandsizeofthesurfaceexpression．Onthisbasis，5thedefinitionandforeoperatingroomforsurgicalrobotandltseMATLABSoftwaresimuhaionof0?robot：~struc

6、turalparametersoftherobot"sworkf、．spaceimpact．Theresearchresultshaveprovedthatthev÷designedconfigurationcclnsatisJ~theneedsofsurgicalaction，whichwillprovideatheoreticalreference5：rerobottrajectoryplanning，dynamicanalysisandonlinereal—timecalculation．2Keyw

7、ords：Minimallyinvasivesurgicalrobot；Matlab；Kinematicanalysis；Workspace、●●●0●0●0●<>●()●0●◇●<>·()●◇●◇●◇●<>●◇●(二>●<1)●<>●◇●<>●◇●(>●<>●<>●<>●<>●<>●◇●<>●<>●<>●<>●◇●<>●0●<>●<>●◇●中图分类号：THI6，TP24文献标识码：Al引言术操作机器人构型的要求；关节坐标型机器人具有很高的操作灵潘l生，结构紧凑占用空问小。因此结合二者的优点，设计出的手术

8、随着手术机器人技术的快速发展，对手术机器人系统研究已机械手结构构型，如图1所示。经成为机器人领域的一个研究热点]。日前，以美国IntuitiveSur—gicalInc的DaVinci系统I邪天津大学的妙手系统等-4t~代表世界先进水平的手术饥器人已进入临床使用阶段。与传统手术相比较，冗余手术机器人具有手术状态稳定、定位准确、灵活性好、工作范嗣大、不怕辐射和病菌感染等优点口结构轻便、体积小、重量轻，结构紧凑，器人具有很高的操作