6自由度电磁锁紧重力平衡式手术显微镜机架设计与研究

发布时间：2020-12-20 18:32

　　随着对显微外科手术需求的日益增加,手术显微镜已作为一种重要的手术设备广泛应用于眼科、耳鼻喉科、神经外科、口腔科等各种显微外科手术。手术显微镜机架的结构也影响着医生手术时操作的便捷性,灵活性。因此拥有紧凑的设计,充裕的伸展范围,便捷可靠的操作,满足不同显微外科手术布置方式的手术显微镜机架结构显得尤为重要。国外Zeiss,Leica等公司的手术显微镜机架已经发展到相当高的水平。而目前国内生产的手术显微镜机架由于机架平衡臂平衡方式等限制,伸展范围小,不能适用于各科显微手术要求。本文同时根据手术显微镜机架的演变历史和研究现状,结合电磁制动和机器人技术,设计了一种六自由度电磁锁紧重力平衡式手术显微镜机架。由于生产手术显微镜机架成本过高,我们需要对所设计结构的机架关键零部件进行强度校核,保证手术显微镜机架的可靠与可行。并通过建立手术显微镜机架的三维模型,利用有限元分析软件对有关结构分析,以此来检验设计的合理性。先提出了机架的总体设计方案,根据机架的设计指标,确定了重力平衡机架的整体构型,采用在码垛机器人上广泛应用的双平行四边形机构和国外最新的重力平衡结构,使得整个手术显微镜能在医生手术期间达到一种... 

【文章来源】：江苏科技大学江苏省

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 本课题国内外研究现状
        1.2.1 手术显微镜的演变历程
        1.2.2 手术显微镜机架的重要意义
        1.2.3 国外手术显微镜机架的研究现状
        1.2.4 国内手术显微镜机架的研究现状
    1.3 课题研究意义
    1.4 手术显微镜机架的改进趋势
    1.5 本文主要工作
第2章 机架的总体方案设计
    2.1 机架设计要求及性能指标
    2.2 大机架构型
    2.3 机架平衡方式的确定
    2.4 机架臀部设计
        2.4.1 机架臂部的设计要求
        2.4.2 双平行四边形机构简介
    2.5 本章小结
第3章 手术显微镜机架结构设计
    3.1 概述
    3.2 锁紧装置设计
        3.2.1 锁紧装置工作原理
        3.2.2 电磁锁紧参数设计
    3.3 转动关节的设计
    3.4 重力平衡设计
    3.5 底座设计
    3.6 手术显微镜机架整体三维模型
    3.7 本章小结
第4章 手术显微镜运动学及工作空间分析
    4.1 引言
    4.2 运动学的数学基础
        4.2.1 刚体位置及姿态的描述
        4.2.2 齐次变换矩阵和变换的表示
    4.3 机架的正运动学分析
        4.3.1 正运动学方程的D-H法表示
        4.3.2 手术显微镜机架的关节结构
        4.3.3 机架的运动学方程
        4.3.4 正运动学模型仿真与验证
    4.4 机架的逆运动学分析
    4.5 手术显微镜的工作空间
    4.6 蒙特卡洛法求解工作空间
        4.6.1 蒙特卡洛法含义
        4.6.2 基于蒙特卡洛法的机架工作空间求解
    4.7 本章小结
第5章 手术显微镜机架的有限元分析
    5.1 引言
    5.2 有限元分析概述
    5.3 静力学分析基础及ANSYS Workbench软件简介
        5.3.1 静力学理论基础
        5.3.2 ANSYS Workbench简介
    5.4 机架平衡臂的静力学分析
        5.4.1 建立有限元模型
        5.4.2 材料特征及网格划分
        5.4.3 工况位置及载荷分析
        5.4.4 分析求解
    5.5 大机架典型位姿整机分析
        5.5.1 简化模型并导入
        5.5.2 网格划分
        5.5.3 接触类型及载荷施加
        5.5.4 计算及结果分析
    5.6 本章小结
第6章 手术显微镜机架关键部件多目标优化设计
    6.1 引言
    6.2 优化设计的数学模型
    6.3 ANSYS Design Exploration工具
    6.4 手术显微镜平衡臂的多目标优化
        6.4.1 建立优化模型
        6.4.2 优化结果并分析
    6.5 本章小结
结论与展望
    结论
    展望
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的学术论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]模块化机器人手臂运动学及仿真研究[J]. 刘鹏,王强,张伟,卞德坤.  自动化技术与应用. 2017(07)
[2]口腔手术显微镜在非手术根管治疗中的应用[J]. 高燕,蒋晓琼.  口腔疾病防治. 2017(06)
[3]基于蒙特卡洛法六自由度机械臂工作空间研究[J]. 黄贤振.  装备制造技术. 2016(10)
[4]双平行四边形码垛机器人的运动学分析及功能研究[J]. 柳贺,万君,曾辉,刘蕾.  机床与液压. 2015(23)
[5]神经外科学领域的微创理念与实践[J]. 章翔,毛星刚,章薇.  中华神经外科疾病研究杂志. 2014(02)
[6]中韩扫描电子显微镜发展情况比较研究[J]. 李志荣,郑佳,赵蕴华,张旭,赵志耘.  全球科技经济瞭望. 2013(11)
[7]手术显微镜的研究进展及发展展望[J]. 刘剑峰,陈斌,倪勇.  医疗卫生装备. 2013(10)
[8]浅谈我国光学显微镜行业的发展现状[J]. 王佰明,董礼龙,郝建军.  民营科技. 2013(04)
[9]显微镜的发明和发展[J]. 闫云侠.  生物学教学. 2012(05)
[10]我国斜视显微手术的探索[J]. 赵堪兴.  中华眼科杂志. 2011 (11)

硕士论文
[1]4-DOF含闭链结构码垛机器人工作性能评价及参数优化[D]. 燕培磊.合肥工业大学 2016
[2]工业码垛机器人机械结构与控制系统的研究[D]. 王占军.山东理工大学 2015
[3]码垛机器人静力学及动力学研究[D]. 武杰文.河北工业大学 2015
[4]微创手术机器人主手结构设计与分析[D]. 牛孝霞.哈尔滨工业大学 2014
[5]四自由度码垛机器人设计、承载能力分析与优化研究[D]. 曹志民.武汉科技大学 2014
[6]神经外科手术显微镜研制[D]. 伍开军.电子科技大学 2007



本文编号：2928348