结肠镜操作手柄的再设计及建模

发布时间：2021-04-14 11:43

　　随着内窥镜技术的不断发展,结肠镜已经广泛应用于临床结肠疾病的诊断。电子结肠镜的出现,使得医生操作结肠镜的方式由双人法转变为单人法,传统的结肠镜操作手柄已经不能满足单人单手操作的需要。为了解决这一问题,本文结合人体工程学原理和公理设计相关理论,首次提出了人机交互产品的再设计方法——时间域法,并利用该方法对结肠镜操作手柄进行再设计。经过再设计的手柄具有传统手柄的全部基本功能,且能够满足单手完成所有结肠镜检查操作需要,符合人手运动规律,降低了操作复杂度。本文首先从人体工程学角度出发,对人手的运动规律做了归纳和总结,分析了握持状态下人手手指的操作力；然后在机器人的范畴内,将结肠镜弯曲部视为一种蜿蜒型机器人并利用D-H算法对其运动学进行分析,得到手柄角度控制机构的驱动参数与弯曲部运动参数之间的关系。之后,在公理设计理论基础上提出一种新的再设计方法,对结肠镜操作手柄及其角度控制机构进行再设计。最后,基于人体测量学和人手握持状态下的运动规律,建立了具有单一手掌结构16自由度的人手三维模型,并在SolidWorks软件环境下将其和手柄模型进行虚拟交互,通过虚拟环境和原型样机两个方面的交互结果初步验证了... 

【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 内窥镜技术
    1.2 结肠镜的发展与电子结肠镜
    1.3 结肠镜检查法
    1.4 课题的提出
    1.5 国内外研究现状
        1.5.1 国内研究现状
        1.5.2 国外研究现状
        1.5.3 文献综述小结
    1.6 研究内容与论文结构
        1.6.1 论文的研究内容
        1.6.2 论文的结构安排
第2章 人手的运动规律及操作力分析
    2.1 引言
    2.2 人手的解剖结构
    2.3 人手的运动规律
        2.3.1 手指的基本运动分类
        2.3.2 手指的运动约束
        2.3.3 人手手指运动的基本规律
    2.4 人手握持的姿势与手指的操作力
        2.4.1 人手握持的姿势
        2.4.2 手指的操作力
    2.5 本章小结
第3章 结肠镜弯曲部的运动学分析
    3.1 引言
    3.2 机器人学的相关理论
        3.2.1 串联机器人的分类
        3.2.2 机器人驱动方式及线驱动机器人
    3.3 结肠镜弯曲部的运动学模型的建立
        3.3.1 结肠镜弯曲部的结构
        3.3.2 正运动学分析
        3.3.3 逆运动学分析
        3.3.4 弯曲部操作空间分析
    3.4 本章小结
第4章 结肠镜操作手柄的再设计
    4.1 引言
    4.2 公理化设计理论
        4.2.1 公理设计的基本理论
        4.2.2 公理设计在人机工程学中的应用
        4.2.3 一种基于公理设计的新方法——时间域法
    4.3 结肠镜手柄的方案设计
        4.3.1 结肠镜手柄的功能需求分析
        4.3.2 同一时间域中人手所能提供的动作{UAs}
        4.3.3 结肠镜手柄{FRs}的时间域分类
        4.3.4 结肠镜手柄{FRs}和人手{UAs}之间的映射求解
        4.3.5 结肠镜手柄的概念设计和人机交互界面设计
    4.4 结肠镜手柄的角度控制机构设计
        4.4.1 角度控制机构的系统设计
        4.4.2 传动比的选择和驱动力的计算
        4.4.3 齿轮和蜗轮的参数确定
    4.5 本章小结
第5章 实验平台的建立与验证
    5.1 引言
    5.2 SolidWorks软件简介
    5.3 人手模型建模
        5.3.1 人手参考模型和尺寸数据
        5.3.2 人手建模过程
    5.4 结肠镜手柄模型建模
        5.4.1 角度控制机构的建模
        5.4.2 手柄外壳建模
    5.5 人手与结肠镜手柄的虚拟交互
    5.6 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 论文所做的工作
    6.2 研究展望
参考文献
致谢
附录Ⅰ
附录Ⅱ


【参考文献】：
期刊论文
[1]线驱动连续型机器人的运动学分析与仿真[J]. 胡海燕,王鹏飞,孙立宁,赵勃,李满天.  机械工程学报. 2010(19)
[2]电子结肠镜的操作方法再探讨[J]. 高革,曹建彪,王继恒,王晓伟.  临床误诊误治. 2009(04)
[3]如何实现结肠镜双人操作法向单人操作法的成功转变[J]. 李初俊,潘新智.  中国消化内镜. 2008(03)
[4]大肠镜检查单、双人操作法的对比研究[J]. 路亮.  蚌埠医学院学报. 2007(06)
[5]大肠镜常见的结袢及解除袢曲的方法[J]. 刘思德,姜泊,周殿元.  中国消化内镜. 2007(09)
[6]基于SolidWorks自动绘制渐开线齿轮模型的研究[J]. 庞璐,丁俊.  武汉理工大学学报. 2006(09)
[7]线驱动拟人臂机器人机构与前向运动学分析[J]. 陈泉柱,陈伟海,张建斌.  北京航空航天大学学报. 2006(08)
[8]基于Solidworks的齿轮三维造型方法研究[J]. 王秀玲.  机械设计与制造. 2006(04)
[9]齿轮实体参数化造型的新途径[J]. 闫栋梁,陈修龙,邓昱.  成组技术与生产现代化. 2005(01)
[10]内窥镜前端避障中的手柄自动控制装置[J]. 阙昊,张宝军,钱晋武.  机电一体化. 2004(01)

硕士论文
[1]手部运动仿真技术的研究[D]. 宫可想.首都师范大学 2005



本文编号：3137254