腹腔微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人手術(shù)器械研究.pdf

1、微創(chuàng)外科手術(shù)（MIS/Minimally Invasive Surgery）在減輕患者病痛方面具有創(chuàng)口小、出血少和愈合快等特點(diǎn)，手術(shù)及護(hù)理成本相比開(kāi)放性手術(shù)也具有巨大優(yōu)勢(shì)，因此其已廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)外科手術(shù)領(lǐng)域且在技術(shù)上日趨成熟。機(jī)器人與人手相比在持續(xù)性精度及運(yùn)動(dòng)范圍上具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，而將其運(yùn)用于腹腔微創(chuàng)手術(shù)領(lǐng)域能夠在有效提高手術(shù)質(zhì)量的同時(shí)提高手術(shù)操作的方便性，因此腹腔微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)已成為機(jī)器人領(lǐng)域的研究新熱點(diǎn)。
　　本課題來(lái)

2、源于國(guó)家“863”計(jì)劃資助項(xiàng)目“腹腔微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)研究”，針對(duì)腹腔微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人手術(shù)器械按功能需求進(jìn)行了模塊化方案設(shè)計(jì)，對(duì)個(gè)模塊進(jìn)行了具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)手術(shù)器械進(jìn)行了力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的分析和仿真。
　　首先，通過(guò)機(jī)器人輔助腹腔微創(chuàng)手術(shù)的流程分析得出所設(shè)計(jì)手術(shù)器械需要的自由度和傳動(dòng)方式。對(duì)于手術(shù)鉗設(shè)置4個(gè)自由度，分別為操作桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、腕部的擺動(dòng)和兩個(gè)手指相互獨(dú)立的開(kāi)合運(yùn)動(dòng)；對(duì)于電刀設(shè)置3個(gè)自由度，分別為操作桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、腕部的擺

3、動(dòng)和手指的擺動(dòng)。把手術(shù)器械分為機(jī)械臂接口模塊、電機(jī)傳動(dòng)模塊和手術(shù)器械本體模塊，從而組合出手術(shù)器械的總體結(jié)構(gòu)方案。
　　其次，對(duì)手術(shù)器械各模塊的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。針對(duì)機(jī)械臂接口模塊設(shè)置鎖緊圈鎖緊機(jī)構(gòu)，以方便手術(shù)器械的快速更換；針對(duì)電機(jī)傳動(dòng)模塊設(shè)計(jì)電機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)路線(xiàn)和離合裝置，對(duì)于手術(shù)鉗和電刀做了通用性設(shè)計(jì)，以增強(qiáng)不同類(lèi)別手術(shù)器械電機(jī)傳動(dòng)模塊的互換性；針對(duì)手術(shù)器械本體模塊的通用部分設(shè)置了桿部自轉(zhuǎn)裝置和端部張緊導(dǎo)向裝置，對(duì)手術(shù)鉗末端執(zhí)

4、行裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)并得出控制解耦方案，對(duì)電刀末端執(zhí)行裝置進(jìn)行耦合機(jī)理分析并設(shè)計(jì)出無(wú)耦合機(jī)構(gòu)。
　　而后，對(duì)手術(shù)器械進(jìn)行分析仿真。在力學(xué)方面，對(duì)于手術(shù)鉗和電刀的傳動(dòng)繩進(jìn)行受力計(jì)算并進(jìn)行了選型；對(duì)于操作桿進(jìn)行了壓桿穩(wěn)定性和彎曲變形分析；對(duì)于手術(shù)鉗手指進(jìn)行了最大夾持力下應(yīng)變和應(yīng)力ANSYS仿真分析。在運(yùn)動(dòng)學(xué)方面，對(duì)于手術(shù)鉗和電刀分別推導(dǎo)出機(jī)器人所有關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)換矩陣，并進(jìn)行了初始位姿計(jì)算；利用ADAMS對(duì)手術(shù)鉗進(jìn)行了耦合運(yùn)動(dòng)仿真，并且對(duì)電刀進(jìn)行