通用型手术机器人主手的力感觉实现

论文摘要

主从式手术机器人在微创手术中发挥着越来越重要的作用,对主手机器人的要求也越来越高。本文主要研究通用型主手的力感觉实现问题。首先,对力感觉的实现方法进行了探讨,确定采用目前比较成功的力矩电机法进行力感觉的实现。在此基础上,分析了影响力感觉实现的各种因素,决定从减小主手自重和提高主手的自平衡性两方面入手来提高力感觉实现的准确性。其次,在保证通用型主手工作空间的前提下,为了尽可能地减小主手的自重,对主手的构型和尺寸参数进行了综合分析。主手前三个关节采用RRR形式,其第二和第三关节杆长度应尽可能相等;后三个关节均为回转关节,其旋转中心汇交于一点。最后,根据确定的构型和尺度,结合主手自重平衡的要求,对主手进行了总体方案设计,对主手的力感觉实现进行了研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.1.1 主从式医疗手术机器人综述
• 1.1.2 带有力感觉的主操作手发展综述
• 1.1.3 通用型手术机器人主操作手
• 1.2 需要解决的主要问题
• 1.2.1 构型综合
• 1.2.2 自重平衡
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 手术机器人的力感觉实现
• 2.1 人体触觉概述
• 2.2 力感觉实现原理
• 2.2.1 力矩电机概述
• 2.2.2 力矩电机法实现力感觉
• 2.3 力感觉精确性研究
• 2.3.1 雅克比矩阵
• 2.3.2 微分运动法构造雅克比矩阵
• 2.3.3 力雅克比
• 2.3.4 力感觉精确性的影响因素
• 2.4 本章小结
• 第三章 通用型手术机器人主手的构型和尺度综合
• 3.1 引言
• 3.2 人机工程学概述
• 3.3 通用型主手工作空间
• 3.3.1 工作空间概述
• 3.3.2 工作空间的研究方法
• 3.3.3 通用型主手工作空间分析
• 3.4 通用型机器人主手的构型综合
• 3.4.1 通用型主手的功能分析与设计原则
• 3.4.2 通用型主手的结构选择
• 3.4.3 通用型主手的构型分析与确定
• 3.5 主手的尺度综合
• 3.5.1 机构描述
• 3.5.2 D-H 参数法及参数影响分析
• 3.5.3 主手手臂杆件尺度比例分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 总体方案设计与优化验证
• 4.1 方案设计
• 4.1.1 前三个关节总体空间布局
• 4.1.2 后三个关节结构设计
• 4.2 方案中的力感觉实现情况
• 4.3 杆长优化结果与最终工作空间
• 4.3.1 杆长优化结果
• 4.3.2 最终工作空间
• 4.4 本章小结
• 第五章 全文总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢