蛇形手術(shù)機(jī)器人畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告x

1、工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告課題名稱(chēng)：蛇型手術(shù)機(jī)器人末端指關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)所屬系別：機(jī)制班 級(jí)： 122學(xué) 號(hào)： 1207050207學(xué)生姓名：宋宏澤指導(dǎo)教師：周惠興評(píng) 議 結(jié) 論（結(jié)合大家意見(jiàn)，就選題的理論、實(shí)踐意義、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案、研究的預(yù)期結(jié)果及學(xué)生分析、綜 合問(wèn)題的能力、表達(dá)能力等方面做出評(píng)議，并提出是否通過(guò)的建議）?？己私M長(zhǎng)簽字：年 月 日考核組成員簽字：一、立論依據(jù)研究背景與意義近年來(lái)，醫(yī)療輔助機(jī)器人的研究應(yīng)用已經(jīng)成為機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)研 究熱點(diǎn)，而其中機(jī)器人微創(chuàng)外科手術(shù)方面的研究和應(yīng)用最為廣泛。微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)的應(yīng)用是20世紀(jì)外科手術(shù)領(lǐng)域的一大革命，它的應(yīng)用使得大部分的外科手術(shù)告

2、 別了開(kāi)放式的手術(shù)模式。采用微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)提高手術(shù)質(zhì)量，降低醫(yī)生疲勞程度，減少患者手術(shù)痛苦，縮短患者康復(fù) 時(shí)間，減低醫(yī)療費(fèi)用，減少術(shù)后并發(fā)癥，擴(kuò)大微創(chuàng)手術(shù)適應(yīng)證范圍；(2)可對(duì)醫(yī)生進(jìn)行培訓(xùn)、教育和指導(dǎo)，并縮短醫(yī)生的學(xué)習(xí)曲線(xiàn)；(3)使用遙操作外科手術(shù)機(jī)器人，可進(jìn)行遠(yuǎn)程外科手術(shù)，使醫(yī)療專(zhuān)家進(jìn)行遠(yuǎn) 程醫(yī)療會(huì)診、遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)教育，實(shí)現(xiàn)全社會(huì)醫(yī)療資源、技術(shù)和信息的共享；(4)外科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)及相關(guān)配套器械將成為國(guó)家新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。本課題的研究目的在于探索采用機(jī)器人技術(shù)提高手術(shù)質(zhì)量和效率、減少患者痛苦的新途徑。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)近年來(lái)，先進(jìn)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療外科手術(shù)已

3、經(jīng)受到了世界發(fā)達(dá)國(guó)家的高 度重視。目前，已開(kāi)展微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)研究的國(guó)家有美國(guó)、加拿大、英 國(guó)、德國(guó)、意大利、西班牙、日本、韓國(guó)等，其中美國(guó)對(duì)微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人研 究的廣度和深度都處在世界領(lǐng)先水平。經(jīng)過(guò)多年的研究，已經(jīng)有幾種比較成熟的 產(chǎn)品推向了市場(chǎng)，取得了良好效果。Da Vinci機(jī)器人輔助微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)包含一個(gè)主控制臺(tái)和一個(gè)從動(dòng)操作車(chē)， 如圖1所示。醫(yī)生通過(guò)主控制臺(tái)上雙目視孔可以觀(guān)察到手術(shù)區(qū)域的三維圖像。該系統(tǒng)的從動(dòng)操作車(chē)上有三個(gè)機(jī)械臂， 其中，中間的機(jī)械臂上裝有由雙目攝像頭而 組成的可視化系統(tǒng)，兩個(gè)獨(dú)立的視覺(jué)信號(hào)傳到雙目視孔處合成來(lái)獲取真實(shí)手術(shù)區(qū) 域的三維圖像。醫(yī)生可以通過(guò)操作腳踏板

4、來(lái)移動(dòng)攝像頭，在攝像頭移動(dòng)的過(guò)程中， 從動(dòng)機(jī)械臂保持定位，第二個(gè)腳踏板裝置可以在保持從動(dòng)機(jī)械臂不動(dòng)的基礎(chǔ)上重 新對(duì)主操作器進(jìn)行調(diào)整，使整個(gè)裝置處于最佳的位置。主操作器的外形與從動(dòng)手 臂相似，醫(yī)生的動(dòng)作最終被轉(zhuǎn)換成手術(shù)器械端部的動(dòng)作。該機(jī)器人手術(shù)器械的手 腕機(jī)構(gòu)具有六個(gè)自由度，可以模仿醫(yī)生的動(dòng)作，克服了傳統(tǒng)手術(shù)靈活度低的缺點(diǎn)。1998年，麻省理工的Akhil Jiten Madhani 在其博士論文中介紹了一種微 創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)，其中包括了手術(shù)器械的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)使用鋼絲繩進(jìn)行傳動(dòng)， 采用了 N+1傳動(dòng)方案(N+1個(gè)電機(jī)實(shí)現(xiàn)N個(gè)自由度運(yùn)動(dòng))。其手術(shù)器械簡(jiǎn)圖如 圖1-6所示，其傳動(dòng)系統(tǒng)中使用了四

5、個(gè)電機(jī)利用鋼絲繩傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)了俯仰和末端手爪的開(kāi)合這三個(gè)自由度，Da Vinci系統(tǒng)實(shí)際上就是根據(jù) Akhil Jiten Madhani 所在團(tuán)隊(duì)研究理論的基礎(chǔ)上研發(fā)出的商業(yè)化產(chǎn)品。Da Vinci系統(tǒng)中的手術(shù)器械技術(shù)比較成熟，有多種不同末端執(zhí)行器(如鉗子、剪刀、超聲刀等)的手術(shù)器械。 Da Vinci系統(tǒng)中的手術(shù)器械都是由裝載小盒(Housing)、約337mm長(zhǎng)的金屬管 (Tube)和末端執(zhí)行器(End Effector) 三部分組成。Da Vinci系統(tǒng)中的手術(shù)器械 采用鋼絲繩傳動(dòng)并配有相應(yīng)的張緊裝置。因?yàn)樵谑中g(shù)器械的使用中，內(nèi)部鋼絲純會(huì)有磨損，所以在裝載小盒內(nèi)有計(jì)數(shù)芯片，用于記錄手術(shù)器械

6、的使用次數(shù)，便于 更換。但是，DaVinci系統(tǒng)的手術(shù)器械屬于消耗品，使用 10次以后必須更換， 每套1000-2000美元，可見(jiàn)其價(jià)格之昂貴，而且不能?chē)?guó)產(chǎn)化。 除了 DaVinci系 統(tǒng)的手術(shù)器械外，日本的一些學(xué)者采用剛性桿機(jī)構(gòu)和伺服電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)手術(shù)器械的 功能，這種方案實(shí)際上就是對(duì)常規(guī)的微創(chuàng)手術(shù)器械的改造。但由于使用了剛性桿，整個(gè)器械偏重，在控制上要求略高。止匕外，由于結(jié)構(gòu)原因，這種結(jié)構(gòu)不易更換。國(guó)內(nèi)對(duì)用于微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人的手術(shù)器械研究較少，比較成功的有天津大學(xué)王樹(shù)新教授研制的喉部手術(shù)機(jī)器人末端工具，以及“妙手 (MicroHand) ”顯微外科 手術(shù)機(jī)器人的手術(shù)器械(末端執(zhí)行器)。該手術(shù)器械

7、可以使醫(yī)生完成切開(kāi)、分離、 止血、打結(jié)、縫合、引流等基本操作。然而，這種手術(shù)器械不適用于腹腔微創(chuàng)手 術(shù)。二、研究方案2.1 研究(設(shè)計(jì))目標(biāo)醫(yī)療機(jī)器人的手術(shù)器械相當(dāng)于一般工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器。但是，相對(duì)于工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)而言，醫(yī)療機(jī)器人的手術(shù)器械在結(jié)構(gòu)上要復(fù)雜得 多。醫(yī)療機(jī)器人手術(shù)器械又分為很多種， 根據(jù)課題的研究方向，以腹腔微創(chuàng)手術(shù) 機(jī)器人手術(shù)器械為設(shè)計(jì)對(duì)象。(一)設(shè)計(jì)要求及分析以腹腔微創(chuàng)手術(shù)為例，手術(shù)使用冷光源提供照明，將直徑約10mm的內(nèi)窺鏡 鏡頭插入腹腔內(nèi)，運(yùn)用數(shù)字?jǐn)z像技術(shù)使內(nèi)窺鏡拍攝到的圖像通過(guò)光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)至 后級(jí)信號(hào)處理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)顯示在專(zhuān)用監(jiān)視器上。然后醫(yī)生通過(guò)監(jiān)視器屏

8、幕上所顯 示患者器官不同角度的圖像，對(duì)病人的病情進(jìn)行分析判斷，并且運(yùn)用特殊的腹腔 鏡器械進(jìn)行手術(shù)?？煞譃槿缦滤膫€(gè)步驟：(1)制造人工氣腹在臍下部10mm處將氣腹針刺入腹部，啟動(dòng)氣腹機(jī)，向腹腔內(nèi)注入二氧化碳 氣體，形成人工氣腹。目的是將腹壁和腹內(nèi)臟器分開(kāi)，以便手術(shù)。(2)建立手術(shù)通道根據(jù)手術(shù)需要割開(kāi)24個(gè)10mm左右的手術(shù)切口，置入鞘管，目的是提供 手術(shù)操作通道，便于手術(shù)器械的伸入和對(duì)手術(shù)器械進(jìn)行操作。(3)連接光學(xué)系統(tǒng)將腹腔鏡與冷光源、電視攝像系統(tǒng)、錄像系統(tǒng)、打印系統(tǒng)連接，并經(jīng)鞘管插 入腹腔。通過(guò)光學(xué)數(shù)字轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，將腹腔內(nèi)影像反映到電視屏幕上。(4)進(jìn)行手術(shù)根據(jù)光學(xué)數(shù)字轉(zhuǎn)化系統(tǒng)反映在屏幕上的圖

9、像， 經(jīng)鞘管插入特殊的腹腔鏡手術(shù) 器械進(jìn)行手術(shù)。通過(guò)對(duì)手術(shù)過(guò)程的了解，為完成腹腔微創(chuàng)手術(shù)，腹腔微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人手術(shù)器 械應(yīng)滿(mǎn)足如下要求：(1)較小的尺寸參數(shù)由于需要伸入人體內(nèi)部進(jìn)行手術(shù)，醫(yī)療機(jī)器人手術(shù)器械的外形尺寸參數(shù)要求 極為嚴(yán)格，尤其是進(jìn)行兒科手術(shù)的手術(shù)器械的幾何尺寸參數(shù)要求非?？量?。(2)較好的靈活性為了使微創(chuàng)手術(shù)順利進(jìn)行，手術(shù)器械的機(jī)構(gòu)要適用于腹腔微創(chuàng)手術(shù)實(shí)現(xiàn)全方 位運(yùn)動(dòng)的操作，而且能使醫(yī)生完成抓取、切割、剪切、夾持等動(dòng)作。有一定的夾持力由于在手術(shù)過(guò)程中，手術(shù)器械要抓取、夾持體內(nèi)組織或器官，并在醫(yī)生的操 作下進(jìn)行對(duì)組織的切割及縫線(xiàn)等操作，所以手術(shù)器械要有一定的夾持力。(二)設(shè)計(jì)目標(biāo)機(jī)構(gòu)的

10、設(shè)計(jì)目標(biāo)是為醫(yī)生通過(guò)微小創(chuàng)口進(jìn)行手術(shù)操作提供足夠的自由度和 靈活性，即對(duì)以下方面進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。.自由度自由度是指手術(shù)機(jī)器人所具有的獨(dú)立坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的數(shù)目，有時(shí)還包括末端執(zhí)行器的開(kāi)合自由度。手術(shù)機(jī)器人的自由度是根據(jù)其用途而設(shè)計(jì)的，可能小于六個(gè)自由度，也有可能多于六個(gè)自由度。利用冗余自由度可以增加機(jī)器人的靈活性、 躲避障礙物和改善動(dòng)力性能。但自由度越多，控制的難度越大，成本越高，同時(shí) 使得機(jī)械結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，并造成結(jié)構(gòu)剛度和運(yùn)動(dòng)精度的下降。.精度手術(shù)機(jī)器人精度是指定位精度和重復(fù)定位精度。定位精度是指手術(shù)機(jī)器人手 部實(shí)際到達(dá)位置與目標(biāo)位置之間的差異。 重復(fù)定位精度是指機(jī)器人重復(fù)定位其手 術(shù)于同一目標(biāo)

11、位置的能力，可以用標(biāo)準(zhǔn)偏差這個(gè)統(tǒng)計(jì)量來(lái)表示。.工作范圍工作范圍是指手術(shù)機(jī)器人末端執(zhí)行器所能到達(dá)的所有點(diǎn)的集合，也叫做工作 區(qū)域。工作范圍的形狀和大小是十分重要的， 機(jī)器人在執(zhí)行某一任務(wù)時(shí)，可能會(huì) 因?yàn)榇嬖谑植坎荒艿竭_(dá)的死區(qū)而不能完成任務(wù)。止匕外，手術(shù)機(jī)器人的工作范圍還 受實(shí)際手術(shù)方法的限制，比如微創(chuàng)手術(shù)中，手術(shù)機(jī)器人的工作范圍受到微創(chuàng)切口 的限制而呈扇形狀。.夾持能力夾持能力是指手術(shù)機(jī)器人在工作范圍內(nèi)的任何位姿上所能夾持的最大力。工作中，機(jī)器人的夾持力不僅取決于組織的重量和機(jī)理，而且還與機(jī)器人運(yùn)行的速 度和加速度的大小和方向有關(guān)。通常夾持能力不僅要考慮組織的性質(zhì)，而且還要 考慮機(jī)器人末端執(zhí)行器

12、的重量和效率。2.2 研究(設(shè)計(jì))內(nèi)容(一)末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)自由度的數(shù)量在一定程度上代表了所設(shè)計(jì)機(jī)器人的靈活性，自由度越多，機(jī)器人的靈活性越高，但同時(shí)也加大了控制的難度。在微創(chuàng)手術(shù)中，手術(shù)器械在體 表切口處做定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)：繞切口兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)和手術(shù)器械自身的轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)。為了保證手術(shù)器械的安全性，腹腔鏡在人體內(nèi)部只有四個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度： 一個(gè)沿腹腔 鏡軸線(xiàn)的移動(dòng)自由度，一個(gè)繞自身軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，兩個(gè)繞插入點(diǎn)軸線(xiàn)旋 轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。根據(jù)臨床經(jīng)驗(yàn)四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)滿(mǎn)足如下技術(shù)要求就可以完成 微創(chuàng)外科手術(shù)：移動(dòng)自由度的移動(dòng)位移是 300mm繞自身軸線(xiàn)的旋轉(zhuǎn)角度是 3600 ;繞插入點(diǎn)擺動(dòng)角度是土 70。通過(guò)

13、對(duì)自由度的分析及運(yùn)動(dòng)范圍的限制確定結(jié)構(gòu)及其尺寸大小。(二)反饋裝置傳感裝置是所有控制系統(tǒng)的“眼睛”，所有需要控制的目標(biāo)都需要傳感裝置 來(lái)獲取，所以傳感裝置在完成結(jié)構(gòu)的控制中占據(jù)著非常重要的地位。一般的傳感裝置都是有兩種或三種性能指標(biāo)，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)是最基本的兩種。(1)線(xiàn)性度線(xiàn)性度是傳感裝置中最重要的一點(diǎn)，他可以描述出所要檢測(cè)的數(shù)據(jù)與通過(guò)理 論計(jì)算得出的數(shù)據(jù)之間的差別。(2)精度衡量傳感裝置可測(cè)量所達(dá)到的最小單位， 也是表明測(cè)量數(shù)據(jù)中穩(wěn)定性的標(biāo)志(3)遲滯傳感裝置的遲滯代表傳感裝置測(cè)量檢測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)目標(biāo)值與理論值之間不對(duì)應(yīng) 的程度指標(biāo)。(4)分辨力傳感裝置的分辨力是不同于傳感裝置的精度性能指標(biāo)，他表示

14、在規(guī)定測(cè)量范圍內(nèi)所能檢測(cè)出被測(cè)輸入量的最小變化量。(5)漂移漂移是影響傳感裝置檢測(cè)數(shù)據(jù)是影響最大的一個(gè)因素， 漂移程度的大小直接 影響傳感裝置測(cè)得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度，漂移與設(shè)備的輸入量沒(méi)有關(guān)系，主要由外界 的因素較多，比如測(cè)量環(huán)境的溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大的影響。在微創(chuàng)外科手術(shù)過(guò)程中，手術(shù)醫(yī)師通過(guò)在患者的腹部開(kāi)3-4個(gè)1-3cm的微創(chuàng) 切口，通過(guò)這三個(gè)點(diǎn)手術(shù)醫(yī)師可以把腹腔鏡和三個(gè)微創(chuàng)手術(shù)操作手伸入到患者腹 部，在微裝配和微操作過(guò)程中，夾持手指是必不可少的典型末端執(zhí)行裝置。如果把力傳感裝置集成在夾持手指的末端，那么要求傳感裝置也同樣要求其具有結(jié)構(gòu) 緊湊、小巧且耐腐蝕性高等特點(diǎn)。因此，需要力傳感器、視覺(jué)傳

15、感器、壓力傳感器等反饋裝置，確保手術(shù)過(guò)程 中實(shí)時(shí)反饋信息。(三)驅(qū)動(dòng)形式機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，按動(dòng)力源分為液壓、氣動(dòng)和電動(dòng)三種基本類(lèi)型。根據(jù)需 要也可將這三種類(lèi)型組合成復(fù)合式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在選用機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，首 先要了解各種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)，再結(jié)合機(jī)器人的用途、作業(yè)要求、控制功能、經(jīng) 濟(jì)性等具體情況來(lái)確定最佳方案。液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)適用于承載能力大、慣量大而運(yùn)動(dòng)速度較低的機(jī)器人。氣壓驅(qū)動(dòng)適用于中、小負(fù)荷的機(jī)器人。氣壓驅(qū)動(dòng)因?qū)崿F(xiàn)伺服控制較困難， 多 用于程序控制的機(jī)器人。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是利用電機(jī)產(chǎn)生的力或力矩，直接通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)裝置來(lái)驅(qū) 動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這類(lèi)系統(tǒng)不需要能量轉(zhuǎn)化，因此效率要比液壓和氣壓驅(qū)動(dòng)高， 且

16、具有使用方便、噪音低和控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，目前得到了廣泛的應(yīng)用。應(yīng)根據(jù)手術(shù)過(guò)程及其所需操作在滿(mǎn)足機(jī)器手末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)情況下合理選 擇驅(qū)動(dòng)裝置。擬采用的研究方法1、理論運(yùn)用運(yùn)用機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、線(xiàn)性代數(shù)、工程測(cè)試技術(shù)、機(jī)械電氣控制技術(shù)等 課程的理論知識(shí)設(shè)計(jì)出符合條件的結(jié)構(gòu)。2、文獻(xiàn)調(diào)查通過(guò)閱讀相關(guān)文獻(xiàn)和書(shū)籍，了解相關(guān)問(wèn)題的理論基礎(chǔ)；通過(guò)圖書(shū)館和網(wǎng)絡(luò)收 集資料；案例分析，經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。其查詢(xún)步驟主要有四個(gè)(1)明確查找目的與要求；(2)選擇檢索工具；(3)確定檢索途徑和方法；(4)根據(jù)文獻(xiàn)線(xiàn)索，查閱原始文獻(xiàn)。3、軟件仿真借助proe及matlab等軟件的測(cè)量和分析功能,研究機(jī)械手的各項(xiàng)性能指標(biāo) 測(cè)量機(jī)械

17、手各關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)學(xué)的參數(shù)變化情況。技術(shù)路線(xiàn)實(shí)驗(yàn)方案1、末端執(zhí)行器機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)一般來(lái)說(shuō)，手術(shù)器械以連桿驅(qū)動(dòng)，基本沒(méi)有腕部的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且末端雙爪不 能相互獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，手術(shù)動(dòng)作靈活度較低。為增大手術(shù)動(dòng)作靈活度，本文所設(shè)計(jì)的 手術(shù)器械增加了一個(gè)腕部的偏轉(zhuǎn)動(dòng)作和一個(gè)小爪的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，這樣手術(shù)器械就具備了 4個(gè)自由度。單純的手術(shù)器械(指未安裝到遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)上的手術(shù)器械) 具有 4個(gè)自由度，其動(dòng)作分別為自身的轉(zhuǎn)動(dòng)、腕部機(jī)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)、手指繞公共軸的開(kāi)合 和旋轉(zhuǎn)。當(dāng)手術(shù)器械安裝到遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)上時(shí)， 手術(shù)器械的自由度數(shù)為7個(gè)，即遠(yuǎn)心 機(jī)構(gòu)的3個(gè)自由度加上其自身的4個(gè)自由度。這樣，手術(shù)器械就能夠完成抓取、 切割、剪切、夾

18、持等動(dòng)作。2、末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)學(xué)分析運(yùn)動(dòng)學(xué)分析包括兩部分：正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)。正運(yùn)動(dòng)學(xué)主要是研究如何根 據(jù)機(jī)器人的關(guān)節(jié)空間相關(guān)變量求解機(jī)械臂上某點(diǎn)的笛卡爾空間相關(guān)變量，其研究?jī)?nèi)容包括關(guān)節(jié)空間的位置、速度、加速度向機(jī)械臂上某點(diǎn)的笛卡爾空間的位置、 速度和加速度的映射等。逆運(yùn)動(dòng)學(xué)研究如何根據(jù)機(jī)器人機(jī)械臂上某點(diǎn)的笛卡爾空 問(wèn)相關(guān)變量求解機(jī)器人關(guān)節(jié)空間相關(guān)變量，其研究?jī)?nèi)容是正運(yùn)動(dòng)學(xué)的逆映射。為 了對(duì)機(jī)器人進(jìn)行精確控制，使機(jī)器人按照期望的規(guī)律運(yùn)動(dòng)，須進(jìn)行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng) 學(xué)分析，計(jì)算手術(shù)器械末端點(diǎn)的正運(yùn)動(dòng)學(xué)，并進(jìn)行工作空間求取。對(duì)微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人手術(shù)器械的位置運(yùn)動(dòng)學(xué)分析建立運(yùn)動(dòng)學(xué)坐標(biāo)系，并計(jì)算末端執(zhí)行器的正運(yùn)動(dòng)

19、學(xué)，以求取手術(shù)機(jī)器人器械的工作空間。3、用Proe進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真通過(guò)此模塊，能夠設(shè)置機(jī)械手各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)約束和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，能夠直觀(guān)地觀(guān) 察機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)狀況，為機(jī)械手的實(shí)際應(yīng)用提供依據(jù)。而且，可以借助運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 軟件測(cè)量和分析功能，研究機(jī)械手的各項(xiàng)性能指標(biāo)，測(cè)量機(jī)械手各關(guān)節(jié)和末端執(zhí) 行器的運(yùn)動(dòng)學(xué)的參數(shù)變化情況。可行性分析本題涉及到機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、三維圖形繪制、電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及閉環(huán)控制等多個(gè)方面。以機(jī)械手末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主要內(nèi)容，并就機(jī)械手的控制及驅(qū)動(dòng)進(jìn)行更細(xì) 的設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)整合成為一個(gè)完善的整體。本次設(shè)計(jì)使用到的計(jì)算機(jī)軟件proe三維繪圖軟件、matlab運(yùn)動(dòng)學(xué)分析軟件 以及其它常用輔助軟件，對(duì)于軟件操作的熟練度有一定的要求。所設(shè)計(jì)的機(jī)械手能夠滿(mǎn)足一定的運(yùn)動(dòng)范圍和精度要求，經(jīng)過(guò)手術(shù)中所需的詳 細(xì)計(jì)算證明其具有一定的工作可靠性。 除此之外，機(jī)械手的整體極小，靈巧輕便， 可以滿(mǎn)足實(shí)際的使用要求。預(yù)期