面向外科手术的力反馈型遥操作主手研究

发布时间：2016-07-09 08:16

  本文关键词：面向外科手术的力反馈型遥操作主手研究，，由笔耕文化传播整理发布。

《哈尔滨工业大学》 2010年

面向外科手术的力反馈型遥操作主手研究

李长军  

【摘要】： 随着遥操作机器人在外科手术中应用的不断发展,力反馈主手发挥着越来越重要的作用。力反馈主手是遥操作过程中的关键部件,是从端机械手进行实时运动控制的输入设备,又是反映从端机械手与环境之间相互作用力的一种力觉输出设备。本文结合国家“863”计划项目“微创腹腔外科手术机器人”并基于国内外力反馈主手的研究现状和发展趋势,对面向外科手术的力反馈型遥操作主手进行研究。 首先根据主手性能指标与主手设计原则,按照外科手术机器人机械臂运动特点把力反馈主手设计为串并联混合型结构,并进行了自由度的相应配置,选择了并联机构和串联机构的构型,对3-RUU并联机构进行了运动学及静力学分析,给出了串联机构的正解表达式和主手整体正解表达式。 其次根据主手运动学及并联机构静力学特点,对主手的各组成部分进行了机械结构设计,包括基座、并联机构、串联机构、夹持机构等,完成了力反馈主手虚拟装配及静刚度分析。完成了力反馈主手实际装配。 最后结合力反馈主手机械结构设计及在腹腔镜手术中的应用要求,完成了三维力反馈电机和夹持力反馈电机的选型,设计了主手的控制系统,搭建了控制系统硬件,编写了基于控制卡的力反馈主手控制程序,完成了三维力反馈实验、夹持力反馈实验、重力补偿实验,并对实验过程和实验结果进行了分析。

【关键词】：
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TP242.2
【目录】：

摘要4-5

Abstract5-8

第1章 绪论8-19

1.1 引言8

1.2 遥操作机器人的研究现状8-9

1.3 遥操作外科手术机器人的研究现状9-11

1.4 主手的发展现状11-17

1.4.1 主手国外研究现状11-15

1.4.2 主手国内研究现状15-17

1.5 课题背景及研究的目的和内容17-19

第2章 主手设计及分析19-36

2.1 引言19

2.2 主手构型选择与自由度配置19-22

2.3 并联机构运动学分析22-31

2.3.1 并联机构位置逆解23-24

2.3.2 并联机构位置正解24-26

2.3.3 并联机构雅可比矩阵26-27

2.3.4 并联机构工作空间分析27-30

2.3.5 3-RUU 并联机构奇异性分析30-31

2.4 串联机构运动学分析31-32

2.5 整体运动学分析32-34

2.6 并联机构静力学分析34-35

2.7 本章小结35-36

第3章 主手的机械结构设计36-46

3.1 引言36

3.2 并联机构及其驱动装置的设计36-38

3.2.1 并联机构设计36-37

3.2.2 并联机构驱动装置设计37-38

3.3 串联机构设计38-39

3.4 夹持机构设计39-40

3.5 主手静刚度分析40-43

3.6 电机选型43-44

3.7 主手整体装配44-45

3.8 本章小结45-46

第4章 主手控制系统设计及实验研究46-53

4.1 引言46

4.2 控制系统整体设计46-47

4.3 力反馈实验47-51

4.3.1 三维力反馈实验48-50

4.3.2 夹持力反馈实验50-51

4.4 重力补偿实验51-52

4.5 本章小结52-53

结论53-54

参考文献54-58

致谢58

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