并联RCM机构构型综合及典型机构运动学分析

发布时间：2017-04-10 16:05

  本文关键词：并联RCM机构构型综合及典型机构运动学分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：微创手术是21世纪医学发展的三大主流之一,微创手术机器人中广泛使用RCM机构。本文主要研究不同自由度的RCM机构构型综合及典型机构2-CRRR-CRR的运动学、性能分析、机构尺寸参数优化及样机设计控制,其主要内容概括如下:为了增加RCM机构的多样性,首先综合出满足条件的分支,然后利用这些分支进行RCM机构的构型综合,部分机构具有向临床应用转化的潜力。由于使用线性驱动的机构具有更高的刚度和承载能力,所以从综合出的RCM机构中筛选出便于加工制造的机构2-CRRR-CRR。运用螺旋理论对机构进行自由度分析,可以得到机构具有绕固定点的两个转动和一个移动自由度。建立机构的运动学模型,采用闭环矢量法分别对三个分支求解,分别将三个分支矢量展开分析可以求得机构的反解,即驱动件移动的距离关于机构动平台两个姿态和一个移动量的表达式。机构的反解表达式对时间求导,可以获得驱动的速度与动平台速度之间的关系,利用求解出来的两个矩阵J和G来求解机构的反解奇异、正解奇异和混合奇异。利用搜索法,排除掉机构奇异位型的点和不满足驱动条件的点,最后求出机构的工作空间。利用运动/力传递性能指标LTI对2-CRRR-CRR机构进行性能分析。基于LTI性能指标对机构进行了尺寸的参数优化,为机构样机设计提供了尺寸依据。利用参数优化获得的杆长结果对机构进行样机设计,利用PC+运动控制卡的模式对样机进行伺服控制。
【关键词】：RCM机构 微创手术 构型综合 运动学分析 性能分析 优化设计 伺服控制
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 RCM机构研究现状11-18
• 1.2.1 商业化微创手术机器人中使用的RCM机构11-14
• 1.2.2 RCM机构研究现状：14-18
• 1.3 课题研究目的与意义18-19
• 1.4 本论文主要研究的内容19-21
• 第二章 并联RCM机构构型综合21-37
• 2.1 引言21
• 2.2 不同自由度分支综合21-29
• 2.2.1 五自由度分支21-24
• 2.2.2 四自由度分支24-26
• 2.2.3 三自由度分支26-29
• 2.3 RCM机构构型综合29-36
• 2.3.1 三转动一移动RCM29-30
• 2.3.2 三转动RCM30-32
• 2.3.3 两转动一移动RCM32-34
• 2.3.4 两转动RCM34-35
• 2.3.5 一转动一移动RCM35-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第三章 2-CRRR-CRR自由度及位置分析37-49
• 3.1 引言37-38
• 3.2 机构说明及坐标系建立38
• 3.3 机构自由度分析38-41
• 3.4 位置分析41-48
• 3.4.1 位置反解分析41-47
• 3.4.2 位置正解分析47-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 2-CRRR-CRR机构速度、奇异性、工作空间分析49-56
• 4.1 引言49
• 4.2 速度分析49-51
• 4.3 奇异性分析51-53
• 4.3.1 反解奇异51-52
• 4.3.2 正解奇异52-53
• 4.3.3 混合奇异53
• 4.4 工作空间分析53-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第五章 基于LTI性能指标的机构尺寸参数优化56-62
• 5.1 机构性能分析56-58
• 5.2 机构参数优化58-61
• 5.3 本章小结61-62
• 第六章 样机设计及控制62-71
• 6.1 引言62
• 6.2 样机设计62-64
• 6.3 控制系统硬件设计64-69
• 6.3.1 控制系统硬件概述64-65
• 6.3.2 运动控制卡65-67
• 6.3.3 伺服驱动系统67-69
• 6.4 控制系统软件设计69-70
• 6.4.1 控制系统软件概述69
• 6.4.2 用户界面69
• 6.4.3 机构反解控制程序69-70
• 6.5 本章总结70-71
• 第七章 总结与展望71-72
• 7.1 总结71
• 7.2 展望71-72
• 参考文献72-78
• 攻读学位期间的研究成果78-79
• 致谢79

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本文编号：297056