腹腔镜机器人持镜手臂设计

论文摘要

作为现代机器人研究领域的重要分子,腹腔镜机器人是腹腔镜技术与机器人技术相结合的产物。腹腔镜机器人集腹腔镜手术、智能控制、人工智能、图像处理、信息处理等专业技术,跨越医学、自动控制、电子、机械、计算机等众多学科。腹腔镜机器人的应用研究在国内才刚刚起步,它有着巨大的发展潜力,许多新的问题都需要深入的研究。能够代替持镜手的机器人持镜系统是腹腔镜机器人系统最早的研究对象。本课题的主要工作就是完成腹腔镜机器人持镜手臂物理样机的初步设计制作,从腹腔镜持镜手臂的单个零部件到整机系统,循序渐进,逐步实现整个机器人系统的性能优化工作。参考了许多国内和国际文献,分析借鉴国外腹腔镜机器人系统,从而能够设计自己的腹腔镜持镜手臂系统实际方案,并给出了持镜手臂的物理样机和技术资料的详细设计工作。本文在对腹腔镜手术的全过程进行了全面分析的基础上,根据手术前、手术中、手术后的动作过程,提出了腹腔镜机器人持镜手臂的设计方案。并对持镜手臂进行数学建模,运动学、动力学分析,进而通过UG三维造型软件建立起持镜手臂的实体模型,建立腹腔镜机器人持镜手臂的虚拟样机。最后对物理样机详细结构的设计,进而完成了物理样机制作的详细技术资料。

论文目录

摘要

ABSTRACT

第1章绪论

1.1 机器人的发展

1.2 腹腔镜机器人技术的发展

1.3 课题来源、意义、目的及研究内容

1.3.1 课题背景及来源

1.3.2 课题目的及意义

1.3.3 本课题的研究内容

第2章腹腔镜机器人持镜手臂数学模型分析

2.1 引言

2.2 腹腔镜手术过程及手术系统分析

2.3 机器人建模基础

2.3.1 机器人的位置及姿态描述

2.3.2 坐标变换

2.4 持镜手臂数学模型的建立

2.4.1 利用D-H方法建立机器人坐标系

2.4.2 持镜手臂数学模型的建立

2.5 本章小结

第3章腹腔镜机器人持镜手臂的运动学和动力学分析

3.1 引言

3.2 腹腔镜机器人持镜手臂运动学分析

3.2.1 微分运动与速度问题

3.2.2 腹腔镜机器人持镜手臂的雅可比矩阵

3.3 腹腔镜机器人持镜手臂动力学分析

3.3.1 速度和加速度分析

3.3.2 持镜手臂的拉格朗日动力学算法

3.3.3 持镜手臂的牛顿-欧拉动态平衡法

3.4 本章小结

第4章基于UG的持镜手臂结构设计

4.1 引言

4.2 虚拟样机技术简介

4.3 持镜手臂的UG三维实体模型的建立与导出

4.3.1 UG软件简介

4.3.2 用UG进行腹腔镜机器人三维实体模型

4.3.3 三维模型的导出

4.4 持镜手臂详细结构参数设计

4.5 详细结构实体建模

4.6 导出结构工程图

4.7 本章小结

结论与展望

5.1 结论

5.2 工作展望

参考文献

致谢

学位论文评阅及答辩情况表

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