基于绳牵引并联机构的微创手术器械研究

来源 :上海工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wxyz0123
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
微创外科是临床医学界的前沿发展方向,微创外科手术具有手术创伤小、疼痛轻、恢复快等特点,在越来越多的传统手术领域获得了革命性的成功,逐渐成为全球外科手术发展的主旋律。微创手术器械的机械结构、传动方式等方面的合理设计,将直接影响其灵活性、操作性、控制精确性等性能乃至手术效果。由于微创手术工作空间较小,而传统微创手术器械灵活性差,因此,为提高微创手术器械灵活性和操作柔性,弥补手术切口造成器械自由度的损失,本文根据腹腔手术及微创手术器械结构特点,设计一种绳牵引多自由度手持式微创手术器械。研究内容主要包括以下几个方面:(1)通过对微创手术过程、传统微创手术器械、手术操作力以及手术器械操作环境进行详细分析,确定新型多自由度手术器械的期望要求;根据器械所需完成目标任务映射其设计要求,得出手术器械最小自由度数为4;提出基于组合并联机构单元实现腕部关节俯仰、偏转运动方案,并采用钢丝绳、柔性杆以及软轴组合传动方式,设计4自由度手持式微创手术器械。(2)利用方位特征集理论对腕部关节组合并联机构单元进行机构综合,确定4SPS-1U为并联机构单元构型;基于手术器械尺寸设计要求以及并联机构单元结构,确定并联机构单元合理尺度参数,并分析并联机构单元转动角度和转动半径的范围;根据腕部关节所需实现工作空间范围,为腕部关节配置不同数目的并联机构单元。(3)基于尺度相容性条件,运用D-H矩阵构建4SPS-1U并联机构运动学方程,以牛顿迭代法求解位置正解;通过对运动学方程求导,获得速度、加速度雅克比矩阵,并建立速度、加速度运动学方程;利用ADAMS软件对该并联机构单元运动学和动力学进行仿真分析,求解并联机构单元动力学;构建末端腕部关节实验模型进行实验分析,以验证末端腕部关节机构设计的合理性以及钢丝绳牵引力的正确性。(4)针对钢丝绳传动进行受力分析,建立钢丝绳受力平衡方程,并对钢丝绳拉伸及弯曲状态进行应力分析,得出传动过程中钢丝绳危险点分布情况;利用Solid Works Simulation进行有限元仿真分析,求得钢丝绳传动过程中最大应力,并将有限元仿真结果与数学模型计算结果进行对比,以验证钢丝绳受力模型的正确性;通过对传动过程中钢丝绳摩擦磨损以及疲劳寿命进行分析,得出所选用钢丝绳对手术器械使用寿命影响极小。本文所设计的4自由度手持式微创手术器械,为进一步研制高性能微创手术器械提供理论基础。
其他文献
目的:目前国内关于颅内夹层动脉瘤(Intracranial DissectingAneurysm,IDA)的临床研究甚少。本研究总结9例IDA患者的临床资料及治疗经验,探讨其血管内治疗方案的选择及疗效。临床
第一部分地氟醚预处理对脐静脉内皮细胞缺氧/复氧损伤的保护作用目的:分离培养原代人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells, HUVECs),研究地氟醚预处理对HU
随着人们对大数据量、高速率通信需求的日益增长,运用传统信道编码技术保障数据可靠传输变得愈加困难。在迫切的寻求一种全新的编码技术的情况下,数字喷泉码应运而生,相比于
背景:胆道疾病是目前常见的普外科疾病,而腹腔镜胆囊切除术是此类疾病有效的外科治疗方法,对于肥胖患者这一特殊人群采取此种治疗方式而发生术后躁动的研究日益受到重视。右美托
目的通过对国内老年人艾滋病相关文献进行计量学分析,了解其发展现状及特点,为制定相关防治措施提供科学依据。方法按照严格的检索策略,检索CNKI、VIP、WANFANG三大中文数据
目的妇科腹腔镜手术患者存在术后疼痛、恶心、呕吐等不适症状,经皮穴位电刺激作为针灸的一种改良技术,具有镇静、镇痛、预防术后恶心呕吐等优点,其对全身麻醉下妇科腹腔镜手
目的:探讨PLIF(Posterior Lumbar Interbody Fusion,PLIF)术中所获局部颗粒状自体骨作为椎间融合植骨材料的可行性。方法:我院2011年1月~2012年12月期间采用椎板间开窗神经减压所获
目的:对于单节段后路钉棒系统内固定器治疗胸腰段单椎体压缩骨折进行生物力学测试,为此种手术方法在临床上的应用提供生物力学支持。方法:取36具冰冻家猪胸腰段椎体标本,采用Pa
目的:探讨右美托咪定复合舒芬太尼在脊柱手术后自控静脉镇痛的有效性和安全性。方法:选全麻下行择期腰椎间盘手术的患者60例随机分成两组:右美托咪定复合舒芬太尼组(D组,n=30)和舒
将Adaboost算法应用到软件缺陷预测模型中是软件缺陷预测的一种新思路,Adaboost算法原理通过训练多个弱分类器构成一个更强的级联分类器,有效地避免了过拟合问题。通过采用美