介入手術(shù)醫(yī)療機(jī)器人定位機(jī)械臂畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-全文預(yù)覽
【正文】 ernational Conference on Advanced Robotics,1997:161166.[13], telerobotic assistant for laparoscopic Surgery,1996:581592.[14][J].機(jī)器人,2003,25(2):132135.[15][M].冶金工業(yè)出版社,1999:132135.[16]Bathe K J. Finite Element Procedures[M].Englewood Cliffs,NJ:.[17][M].北京：.[18]楚中毅，[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2002，35(4):2528.。將機(jī)械臂引入到醫(yī)療手術(shù)中能夠避免對(duì)醫(yī)生身體的輻射損害，并能夠增強(qiáng)手術(shù)的規(guī)范性，提高手術(shù)質(zhì)量。通過對(duì)醫(yī)療機(jī)器人進(jìn)行綜合與優(yōu)化，提出了五自由度機(jī)械臂的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化和校核。+008N/+008N/，符合設(shè)計(jì)要求。彈性模量為2105N/，,。+007 N/m2,。小臂應(yīng)用的是LY12合金鋁材料。下接口設(shè)計(jì)為燕尾形，當(dāng)楔緊螺栓向里是橫插銷向外運(yùn)動(dòng)，這樣保證兩部分處于連接狀態(tài)；當(dāng)楔緊螺栓向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，橫插銷向里運(yùn)動(dòng)，此時(shí)兩部分便可以分離。腕轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)末端座7與半軸驅(qū)動(dòng)側(cè)和半軸尾部通過螺栓、螺母連接，另一端通過軸承安裝末端套筒8，電機(jī)組件通過螺釘與末端座7連接。 腕部關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)： 腕部關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)圖， ，，，21 腕轉(zhuǎn)電機(jī)組件。大臂上安裝傳動(dòng)絲杠，絲杠上有傳動(dòng)螺母，傳動(dòng)螺母依靠開槽套筒實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。大臂與底座通過深溝球軸承和鉸銷相連。諧波輸出軸與二三關(guān)節(jié)連接。諧波輸出軸通過鍵11與諧波減速器相連。因此選用XB350型諧波減速器,減速比為120：1，其輸出轉(zhuǎn)矩可達(dá)20Nm，堵轉(zhuǎn)輸出轉(zhuǎn)矩可達(dá)25Nm。因此，選用相同類型的電機(jī)便能滿足要求。因此選用與大臂相同的電機(jī)及配件即可。不考慮實(shí)際運(yùn)動(dòng)中峰值帶來的增量問題，設(shè)計(jì)參數(shù)取5176。到40176。由MAXON電機(jī)手冊(cè)知RE25型電機(jī)的額定功率為20W，m,堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為257mNm，GP32A型減速器減速比為86：1，,。腕轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍θ為45176。腕轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍θ為45176。堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為257mNm，GP32A減速器減速比86:1，RE25型電機(jī)與GP32A減速器組合，可以滿足婉轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的要求。時(shí)，力矩最大T1： ()負(fù)載最高角速度為：w=設(shè)負(fù)載的慣性半徑為r=,負(fù)載慣性J為： ()設(shè)轉(zhuǎn)速達(dá)到5176。因此采用一級(jí)減速。為保證系統(tǒng)的安全性在傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中需要添加制動(dòng)器和編碼器，因此最終腰轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)為：伺服電機(jī) 一級(jí)減速器 傳動(dòng)軸 二級(jí)減速器 輸出軸 腰轉(zhuǎn)大臂、小臂的關(guān)節(jié)承受的轉(zhuǎn)矩很大，如果采用與腰轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)相同的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)所占用的空間較大，外觀上不夠美觀，而且在失電情況下不能夠保持原位。直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)塊電機(jī)特性好；交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便，但速度精度不高易產(chǎn)生振動(dòng)；步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)快，可以直接接受數(shù)字信號(hào)，但其噪音大不宜應(yīng)用在醫(yī)療機(jī)械中。但是其易產(chǎn)生液體泄露不易用于醫(yī)療機(jī)器人。 介入手術(shù)機(jī)械臂總體構(gòu)型方案 根據(jù)所選機(jī)械臂大臂、手腕的構(gòu)型方案，可以確定機(jī)器人總體的構(gòu)型方案。三個(gè)自由度的手腕關(guān)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)任意位置的姿態(tài)變化，但是在實(shí)際操作中不需要繞血管的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。三個(gè)關(guān)節(jié)的聯(lián)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)空間內(nèi)的任意位置。為保證精確的尺寸鏈才能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的連貫性。所以，定位機(jī)構(gòu)和定向機(jī)構(gòu)采用分離的方法獨(dú)立運(yùn)動(dòng)[13]。通過對(duì)血管手術(shù)的分析及研究對(duì)機(jī)械臂的設(shè)計(jì)提出以下要求：(1) 對(duì)機(jī)器人的功能進(jìn)行分析，不需要繞道管推進(jìn)方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 課題研究?jī)?nèi)容就現(xiàn)如今血管手術(shù)技術(shù)要求高、手術(shù)環(huán)境差等問題，將機(jī)器人系統(tǒng)引入到手術(shù)過程中，解決手術(shù)過程中技術(shù)難度高、環(huán)境差、手術(shù)要求精度高等問題。與機(jī)器人在腹腔、骨外科手術(shù)上的應(yīng)用相比，介入血管手術(shù)醫(yī)療機(jī)器人研究工作起步稍晚，直到上世紀(jì)末血管手術(shù)機(jī)器人的研究工作才剛剛開始。在ZEUS系統(tǒng)的幫助下醫(yī)生可以避免在輻射環(huán)境下工作，很舒適的對(duì)患者進(jìn)行治療[8]。并且將機(jī)器人輔助外科手術(shù)和虛擬醫(yī)療技術(shù)仿真作為重點(diǎn)研究領(lǐng)域[7]。并且機(jī)械臂可以達(dá)到很高的精度。(3) 機(jī)器人系統(tǒng)具有大量的內(nèi)部數(shù)據(jù)比普通醫(yī)生憑經(jīng)驗(yàn)手
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