喉部手术连续体机构的稳定性分析

发布时间：2017-04-10 08:16

  本文关键词：喉部手术连续体机构的稳定性分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：连续体机构因其刚度可控、末端执行器灵活性高、结构缩放自如等特点,非常适合人体腔内手术要求。由于喉部微创手术空间狭小且手术过程存在颤动等因素,对手术的安全性与精准性会产生较大影响,故对连续体机构进行研究,具有重要的学术意义和医疗应用价值。本文主要针对喉部手术连续体机构的稳定性展开研究。在对国内外相关领域发展现状综合分析的基础上,针对喉部手术的难点,提出了将连续体机构分为四大模块的设计方案,即万向驱动弯曲机构、末端执行机构、六关节弯曲段和四关节弯曲段,并采用万向驱动弯曲机构作为连续体机构的驱动与补偿机构;新型连续体机构具有32个自由度,由线驱动控制末端执行机构运动,使其能在狭长空间内完成高难度和高精度的手术操作;针对提出的设计方案,建立各模块的三维结构模型以实现虚拟装配。针对喉部手术中存在的颤动,对连续体机构中的单个部件进行了刚度分析,基于ANSYS软件,建立了间隔圆盘、四关节弯曲段和六关节弯曲段的刚度模型,并进行了数值仿真,从理论上验证所设计的结构能否承受喉部所施加的应力;基于ANSYS Workbench软件,建立了万向驱动弯曲机构的动力学模型,并对万向驱动弯曲机构分别进行自由模态和约束模态分析,以研究机构在施加约束后的整体动态特性;基于ANSYS与ANSYS Workbench软件,建立了圆盘和末端执行机构的动力学有限元模型,从而确定各部件固有频率的范围,为消除手术中的颤动提供了保障条件。针对连续体机构中柔性杆的形变误差,建立了连续体机构的形变曲线方程,进而推导出机构的动能表达式,由此建立连续体机构的动力学模型;基于ANSYS Workbench软件,建立了连续体机构整机的有限元模型,以研究整机固有频率的范围以避免共振发生,为研制实物样机和动物实验提供了理论基础。
【关键词】：喉部手术 连续体机构 稳定性 动力学 ANSYS Workbench
【学位授予单位】：佳木斯大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH789;R767.91
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题背景及意义10
• 1.2 连续体机构国内外相关技术10-15
• 1.2.1 国外相关技术10-13
• 1.2.2 国内相关技术13-15
• 1.3 问题的提出15
• 1.4 主要研究内容15-17
• 第2章 连续体机构虚拟装配与实现17-26
• 2.1 连续体机构工作空间确定17-19
• 2.2 连续体机构设计19-23
• 2.2.1 间隔圆盘与球面副关节结构19-21
• 2.2.2 四关节弯曲段21
• 2.2.3 六关节弯曲段21-22
• 2.2.4 万向驱动弯曲机构22
• 2.2.5 末端执行机构22-23
• 2.3 连续体机构的虚拟装配与实现23-24
• 2.4 材料的选择24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 连续体机构单个部件的稳定性分析26-51
• 3.1 静力分析简介26-27
• 3.2 间隔圆盘的刚度分析27-32
• 3.2.1 模型的建立27-28
• 3.2.2 定义单元类型28
• 3.2.3 定义材料属性28-29
• 3.2.4 网格划分29
• 3.2.5 边界条件及施加载荷29-30
• 3.2.6 结果分析30-32
• 3.3 四关节弯曲段的刚度分析32-34
• 3.3.1 模型的建立32
• 3.3.2 定义单元类型32
• 3.3.3 定义材料属性32
• 3.3.4 网格划分32-33
• 3.3.5 边界条件及施加载荷33
• 3.3.6 结果分析33-34
• 3.4 六关节弯曲段的刚度分析34-35
• 3.5 模态分析理论35-37
• 3.6 万向驱动弯曲机构的模态分析37-44
• 3.6.1 前处理37-38
• 3.6.2 万向驱动弯曲机构自由模态分析38-41
• 3.6.3 万向驱动弯曲机构约束模态分析41-44
• 3.6.4 万向驱动弯曲机构有限元模态分析结果44
• 3.7 圆盘的模态分析44-46
• 3.8 末端执行器的模态分析46-50
• 3.9 本章小结50-51
• 第4章 连续体机构的稳定性分析51-59
• 4.1 连续体机构运动学分析51-52
• 4.2 连续体机构动力学模型52-54
• 4.3 连续体机构模态分析54-57
• 4.4 本章小结57-59
• 结论59-61
• 参考文献61-64
• 致谢64-65
• 攻读学位期间发表的学术成果65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 张向宇;熊计;郝锌;赖人铭;;基于Ansys的立柱有限元分析与结构优化设计[J];机械科学与技术;2008年12期

2 张俊芳,余墨娟,周建军;用于机器人驱动的新型摆线传动技术[J];杭州电子工业学院学报;2002年03期

3 杜平安;有限元网格划分的基本原则[J];机械设计与制造;2000年01期

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本文编号：296292