微创外科机器人灵活工作空间分析.pdf

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1、2007年2月北京航空航天大学学报February2007第33卷第2期JournaIofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsVoI.33No.2微创外科机器人灵活工作空间分析刘达王田苗（北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100083）摘要：微创手术给外科机器人提出了较高的灵活性要求，但是机器人很难具有完全灵活的工作空间.首先提出象限分割的方法，即把手术工作空间分割为8个象限，确定微创外科机器人所需灵活工作空间只需要为手术工作空间的1

2、/8.然后，给出微创外科机器人灵活工作空间与工作空间之间的解析关系，从而确定机器人的运动学参数.在此基础上，对自行设计的微创外科机器人结构进行了运动学参数优化设计.这种方法有效降低了微创外科机器人的灵活性要求，解决了机器人结构尺寸与灵活性之间的矛盾.关键词：微创外科机器人；灵活性；灵活工作空间；微创手术中图分类号：TP24文献标识码：A文章编号：1001-5965（2007）02-0188-04DexterousworkspaceanalysisofsurgicalrobotLiuDaWangT

3、ianmiao（SchooIofMechanicaIEngineeringandAutomation，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100083，China）Abstract：AIthoughitisdifficuItforsurgicaIrobottohavefuIIdexterousworkspace，surgicaIrobotmusthavehighdexterityorientingtominimaIIyinva

4、sivesurgery.FirstIy，accordingtothepracticaIreguirementofsurgery，guadrantsegmentationprincipIewasproposed.ThesurgicaIworkspacewasdividedinto8guadrants，sothedexterousworkspaceoccupiedonIyeighthworkspace.Andthen，theanaIysisreIationwasderivedbetweendexte

5、rousworkspaceandworkspaceofsurgicaIrobot.TheworkspaceareaofsurgicaIrobotcouIdbeobtainedfromtheanaIysisreIation，andthenthekinematicsparametersofsurgicaIrobotcouIdbeconfirmed.FinaIIy，kinematicsparametersoftheseIf-definedsurgicaIrobotwereoptimized.There

6、fore，thisprincipIedecreasesthedemandondexterityofsurgicaIrobotandresoIvestheconfIictbetweenstructureanddexterityofrobot.Keywords：surgicaIrobot；dexterity；dexterousworkspace；minimaIIyinvasivesurgery随着信息和自动化技术的迅速发展，机器人制，不能同时具有360的运动范围，因此末端工在外科手术中越来越发挥出巨

7、大的作用.微创外具无法实现空间全方位的姿态.其次，灵活工作空科机器人能够自主地将手术工具按医生所规划好间由机器人工作空间和手术工具长度共同决定，的路径送达病灶位置.因此不仅要求机器人末端微创手术使用的工具普遍较长，要使机器人具有能够在一定连续的空间范围内工作，而且关心其完全灵活的工作空间，必须加大机器人的工作空［4］能否在该空间内的全部位置上实现给定范围内的间，这就需要加大机器人的结构尺寸.机器人姿态变化，以便医生能够按手术需要的最佳姿态结构尺寸的增加不仅会提高其机械加工的难度，进行路径规划.也

8、就是说，微创外科机器人必须具而且会降低其精度.同时，机器人结构尺寸和运动有完全灵活的工作空间［1-2］.空间过大都会降低其在手术过程中使用的安全性.因此，有必要分析微创手术对微创外科机器人然而，机器人很难具有完全灵活的工作空［3］灵活性的特殊要求，并在此基础上，确定微创外科间.首先，机器人手腕的各个关节由于结构限收稿日期：2006-03-27基金项目：国家自然科学基金资助项目（60525314）；国际科技合作计划资助项目（2006DFA1229）；教育部留学归国基金资助项目作者简介：刘达（197