具有力感觉的通用型手术机器人主手精度问题研究

论文摘要

本文主要根据主从操作手术机器人的运动匹配需要,研究具有力感觉的通用型手术机器人主手精度问题,以为高性能主从操作手术机器人精度设计提供理论依据。文中首先运用D-H方法建立了PHANToM主手机器人、Da Vinci手术机器人系统从手、BH600神经外科手术机器人和“妙手”手术机器人运动学模型。然后分析比较了几种通用的机器人末端位姿误差建模方法,决定采用摄动法对主从手术机器人进行误差建模。其次,分析了影响手术机器人末端执行器精度的各种因素,根据各种机器人的误差性质和误差的概率模型,对手术机器人关节误差对末端误差的影响程度进行模拟计算分析,并对结构参数误差和运动参数误差造成的位姿误差进行了对比分析,其结论可以为手术机器人主手的精度设计提供参考。最后,利用蒙特卡洛方法分析了主手和从手机器人的姿态误差在其工作空间内的分布状况,并用MATLAB计算了机器人末端误差值,绘制了主从手误差敏感方向分布图。通过比较不同主从手的误差分布差异和运动匹配性,讨论了在不同制造安装误差和元器件精度条件下,进一步减小主从手术机器人末端执行器误差的有效方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究的背景和意义
• 1.2.1 主从式手术机器人概述
• 1.2.2 主从异构手术机器人精度研究的意义
• 1.3 机器人精度发展综述
• 1.3.1 机器人精度研究的发展
• 1.3.2 工业机器人精度分析与手术机器人精度分析的异同
• 1.4 需要解决的问题
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第二章 主从手术机器人运动学模型与误差模型
• 2.1 引言
• 2.2 主从操作手的运动学建模
• 2.2.1 Denavit-Hartenberg 方法
• 2.2.2 主操作手运动学建模
• 2.2.3 从手运动学建模
• 2.3 主从操作手的误差建模
• 2.3.1 误差建模方法
• 2.3.2 主手误差建模
• 2.3.3 从手误差建模
• 2.4 本章小结
• 第三章 主从手术机器人误差源及影响程度分析
• 3.1 引言
• 3.2 机器人误差源
• 3.2.1 误差源分析
• 3.2.2 误差源性质
• 3.2.3 误差源概率模型
• 3.3 本文误差分析的假设前提
• 3.4 蒙特卡洛（Monte Carlo）方法概述
• 3.5 显著性分析
• 3.5.1 关节误差对末端位姿误差的影响程度
• 3.5.2 运动变量参数和结构参数误差对末端位姿的影响程度分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 手术机器人主从手精度匹配分析
• 4.1 引言
• 4.2 主从对应过程
• 4.2.1 主从对应中的空间对应
• 4.2.2 主从操作中的位姿对应
• 4.2.3 主从操作对应过程的误差
• 4.3 不同误差情况下的主从匹配情况
• 4.3.1 PHANToM 主手末端位姿误差分析
• 4.3.2 Da Vinci 主手末端位姿误差分析
• 4.3.3 BH600 从手末端位姿误差分析
• 4.3.4 MICROHAND 从手末端位姿误差分析
• 4.4 减小主从手术机器人末端位姿误差的方法
• 4.5 本章小结
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢