【摘 要】
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心脑血管疾病致死率越来越高的情况下,介入手术相对传统手术优势明显,而人工手术对医生的伤害引起国内外众多学者以及公司对微创介入手术机器人系统的研究,以实现解放人手,利用机器的智能化、精准化规划手术规程,提高精度、降低风险,实现机器人实施手术的目标。设计、研发具有自主知识产权的国产手术机器人系统意义重大。总结现有问题基础上,结合具体手术操作需要,设计了一套手术机器人系统,其中包括推进装置、操作装置和定
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心脑血管疾病致死率越来越高的情况下,介入手术相对传统手术优势明显,而人工手术对医生的伤害引起国内外众多学者以及公司对微创介入手术机器人系统的研究,以实现解放人手,利用机器的智能化、精准化规划手术规程,提高精度、降低风险,实现机器人实施手术的目标。设计、研发具有自主知识产权的国产手术机器人系统意义重大。总结现有问题基础上,结合具体手术操作需要,设计了一套手术机器人系统,其中包括推进装置、操作装置和定位机械臂。具体工作及成果如下:首先,根据医生操作的舒适性及手法习惯,设计一种操作装置,并对其性能参数进行详细计算;研究主从控制操作系统。此装置采用磁粉制动器提供制动力矩实现力反馈功能,相比较电机提供制动力矩方式,可避免“手抖”问题,提高安全性和精确性。其次,针对现有推进装置存在的问题,结合手术特点,设计一种夹丝压杆结构精确夹持导管导丝并解决了消毒问题;针对夹丝压杆结构的轴向进给和周向旋转,详细设计了以同步带和摩擦轮传动的推进装置,从而实现导管导丝的轴向进给和周向旋转;以杠杆原理实现力信号的采集。再次,设计一种模块化轻型机械臂作为定位机械臂,采用电机直驱,结构简单,内置扭矩传感器,可利用人手在其工作空间内拖曳达到目标位姿;对其进行运动学正反解计算以及工作空间仿真;然后对其进行静力学仿真验证。最后,研究同步带质量、张紧力对推进装置动态特性的影响,发现质量越小、张紧力越高对推进装置性能越有利;利用ANSYS拓扑优化对部分零部件进行轻量化分析并优化设计,减轻装置整体质量,仿真验证关键零部件的强度、刚度等安全性能;对同步带振动问题展开分析,分析同步带传动系统的模态,计算验证推进装置传动部分设计的合理性。
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