新型腹腔微创手术平台的设计与实现

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微创外科手术的发展克服了传统手术创口大的特点,拥有恢复时间短,并发症少等优点而被广泛应用。但其仍然存在医生手眼协调性差,易疲劳等问题亟待解决。机器人微创手术技术运用极好的解决这一问题,手术类型被扩充,使精度更高,故研究使用广泛。腹腔微创手术打破了原有的形式,以主从操作形式医生通过内窥镜系统图像观察病灶并通过主控台操作主手控制从手工作,避免了由于长时间手术造成的抖动,减轻医生与助手工作强度,并增加了手术精度。故围绕这一内容在吉林省发改委项目的支持下,开发了一种新型腹腔微创手术平台。并对新型平台进行相关研究。分析微创手术的特点及需求对系统所需要的功能进行总结,通过对常用手术系统的分析设计研制了本文新型腹腔微创手术平台。本平台采用多个结构相同机械臂均布于手术床两侧,单臂应用全新构型,即支撑臂与远心机构均为圆弧机构,二者圆心重合,再结合远心机构的整体旋转最终得出整体的构型,合理化修改远心机构,使末端工作空间更加充足。针对于整体机械臂的各个主动关节的电机参数,逐一进行详细计算选型,选择合适型号的电机,针对机械臂支撑臂的尺寸参数,使用二次规划算法软件LINGO进行优化设计。并针对确定的结构形式通过坐标系的建立分析末端器械的运动空间。在此基础上使用ANSYS通过静力学仿真的方式分析校核关键部件的强度以确定零件设计的合理性。在完成整体的设计任务后在结合单机械臂的结构形式后对机械臂建立坐标系,采用D-H法的方式对其进行分析,通过矩阵的运算对其的正逆运动学进行求解,并结合实际的设计使用情况对机械臂的控制方法进行分析设计。在完成关键部件的分析,校核其强度后,开始进行腹腔微创手术平台的加工装配调试工作,对上述平台的各个部件进行图纸的绘制,工厂加工,各部分单独装配调试,整体总装调试。调试完成后,针对于加工后的腹腔微创手术平台进行实验验证,具体的实验针对于行程,精度,精细操作等方面进行设定。在双目摄像头的应用下对远心机构的误差,行程的实际尺寸,主从跟随的趋势进行采集验证。通过实验验证的方式来验证所设计的腹腔微创手术平台是否能在行程,精度,主从跟随准确性,精细操作等方面满足功能要求。
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