微创手术机器人不动点机构综合

发布时间：2020-06-16 19:18

【摘要】：同其他的机器人相比,微创手术机器人最大的特点在于其机械臂由不动点机构(RCM机构)组成。本文对平面和空间两类RCM机构进行了机构拓扑综合,选取其中典型的2UPR-UPRR机构进行运动学分析,并根据微创手术环境中,RCM机构最被关注的精度、运动性能和机构工作空间集成度三个问题,提出了相应的指标,对机构进行拓扑优选、尺度优化和性能评价。具体工作包括如下内容:首先,根据螺旋理论可知,平面机构有三个共有约束螺旋,且平面RCM机构的多样性受到了运动副种类较少和目标不动点处铰链连接的限制。本文利用此三个共有约束螺旋,根据旋量的互易性,提出将平面闭环运动链视为广义运动副,拓展了平面机构的运动副种类,并利用运动复现的方式,解除了部分机构和支链中目标不动点处的铰链连接的限制,提出了一系列新型的平面1R-RCM和1R1T-RCM机构构型。其次,针对空间RCM机构,本文应用基于旋量理论的虚拟链法,综合出了一系列新型的空间RCM机构,并选取其中的一种典型的2UPR-UPRR构型,进行了相应运动学分析,之后利用虚拟样机验证了该机构运动的真实性。最后,针对各式RCM机构,本着面向微创手术特有的操作环境的原则,本文提出了一套基于拓扑层、运动层和应用层的RCM机构性能评价指标体系,可对RCM机构中最被关心的精度性能、运动/力传递性能、工作空间/体积比性能进行评价,同时应用所分析的2UPR-UPRR机构,示例了分析评价过程。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH777;TP242
【图文】：

(a) 传统手术 (b) 微创手术(a) Traditional surgery (b) MIS surgery图 1-1 传统手术与微创手术对比Fig 1-1 Traditional surgery VS MIS

(a) 传统微创手术 (b) 机器人辅助式微创手术(a) Traditional MIS (b) Robot assisted MIS图 1-2 传统与机器人辅助式微创手术对比Fig 1-2 Traditional VS robot assisted MIS

【参考文献】

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本文编号：2716461