基于柔性絲傳動的腹腔微創(chuàng)手術(shù)器械設(shè)計方法研究.pdf

1、科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展推動了醫(yī)療領(lǐng)域的微創(chuàng)外科手術(shù)也在不斷進步。微創(chuàng)手術(shù)器械有效地拓展了手術(shù)醫(yī)生的能力，目前已成為研究熱點。微創(chuàng)手術(shù)器械的機械結(jié)構(gòu)、傳動方式等方面的設(shè)計合理性，將直接影響其適用性、靈活性、操作性、控制精確性等性能及手術(shù)效果。本論文對新型腹腔微創(chuàng)手術(shù)器械進行了概念設(shè)計及詳細設(shè)計，對器械中的機械結(jié)構(gòu)、柔性絲傳動（鋼絲傳動）等進行了理論分析和結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，并通過了仿真和實驗驗證。
　　論文運用旋量理論，對新型腹腔微創(chuàng)手術(shù)機器

2、人系統(tǒng)‘妙手A’中的主動機械臂進行了分析。通過運動分解，確定了該機構(gòu)可實現(xiàn)遠端中心點運動，確定了不動點位置及雅克比矩陣，不但簡化了運動學(xué)分析，使參數(shù)含義更明確，而且避免了直接應(yīng)用運動旋量獲取雅克比矩陣時出現(xiàn)的偏差。
　　采用柔性絲（鋼絲）與桿件相結(jié)合的設(shè)計方案，設(shè)計了具有多自由度的新型手持式手動手術(shù)工具‘EasyGrasp’，該工具結(jié)構(gòu)簡單，操作端和末端同構(gòu)結(jié)構(gòu)和平行四邊形的應(yīng)用使其實現(xiàn)了直觀操作。結(jié)合旋量理論和微分流形理論，對旋

3、轉(zhuǎn)矩陣的兩個參數(shù)化方法歐拉角和矩陣指數(shù)積的特性進行了研究，并以全局條件數(shù)為優(yōu)化目標(biāo)，確定了手術(shù)工具‘EasyGrasp’中的鋼絲布局和結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　針對絲傳動，論文從幾何角度對垂直鋼絲進行了數(shù)學(xué)建模，根據(jù)鋼絲的螺旋捻制特點，對鋼絲進行了結(jié)構(gòu)、受力等方面的研究。對于鋼絲未彎曲和彎曲時的狀態(tài)，分別推導(dǎo)了不同位置的金屬絲的結(jié)構(gòu)方程，得到了鋼絲的曲率、撓率及受力公式，為鋼絲導(dǎo)向輪的設(shè)計提供了理論依據(jù)。
　　對易斷裂的鋼絲彎曲部分進