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doc(編輯修改稿)
2025-08-28 08:22 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 以分為直流電機(jī)、交流電機(jī)、伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。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。綜上各種電機(jī)的特點(diǎn)，決定使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并且根據(jù)醫(yī)療環(huán)境的特殊要求選用直流伺服電機(jī)。 關(guān)節(jié)傳動(dòng)方式設(shè)計(jì)根據(jù)介入血管手術(shù)醫(yī)療機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求及醫(yī)療環(huán)境的特殊要求對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提出以下要求[16]：（1）在保證傳動(dòng)功率和傳動(dòng)比的前提下做到結(jié)構(gòu)緊湊；（2）正反轉(zhuǎn)過(guò)程中空行程盡量小，保證較高的位置精度；腰轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)的是水平面的轉(zhuǎn)動(dòng)，加上小臂的長(zhǎng)度腰轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)只要轉(zhuǎn)動(dòng)很小的角度就能實(shí)現(xiàn)空間很大位置的變動(dòng)，因此要求轉(zhuǎn)速較慢，采用兩級(jí)減速。通過(guò)帶減速的電動(dòng)機(jī)與諧波減速配合的方式實(shí)現(xiàn)兩級(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。采用渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)就解決了失電狀態(tài)下的自鎖問(wèn)題，但是必須經(jīng)過(guò)機(jī)構(gòu)綜合和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。另外，同腰轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)一樣為保證伺服系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)的安全性仍需要添加編碼器。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)為：伺服電機(jī) 一級(jí)減速器 傳動(dòng)絲杠 滑塊 連桿 大臂旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī) 一級(jí)減速器 傳動(dòng)絲杠 滑塊 連桿 小臂旋轉(zhuǎn)腕部關(guān)節(jié)承受的載荷小，同時(shí)為減輕自重在結(jié)構(gòu)上要盡量簡(jiǎn)單。因此采用一級(jí)減速。最終傳動(dòng)結(jié)構(gòu)為：伺服電機(jī) 一級(jí)減速器 輸出軸 腕部擺動(dòng)伺服電機(jī) 一級(jí)減速器 輸出軸 腕部旋轉(zhuǎn) 電機(jī)容量的計(jì)算與選擇婉轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)是實(shí)現(xiàn)負(fù)載繞軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)手術(shù)的特殊要求，設(shè)定其運(yùn)動(dòng)范圍為45176。到45176。，： 婉轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)負(fù)載簡(jiǎn)圖設(shè)負(fù)載為F=20N,負(fù)載到軸的距離為H=100mm，由腕轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍可知，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)角為45176。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。/，則角加速度為10rad/s。 () ()婉轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)功率要求： ()，則實(shí)際所需功率為： ()根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知。由MAXON手冊(cè)可知，RE25型電機(jī)的額定功率為20W，m。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。 腕擺關(guān)節(jié)電機(jī)選型對(duì)腕擺關(guān)節(jié)的受力情況進(jìn)行分析，分析其極限位置電機(jī)所要克服的力矩。： 腕擺關(guān)節(jié)負(fù)載運(yùn)動(dòng)圖末端負(fù)載為G=20N,五關(guān)節(jié)自重為10N,在水平位置時(shí)，末端中心到回轉(zhuǎn)軸的距離為H=120mm，腕關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍φ為20176。到40176。，腕轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍θ為45176。到45176。則所需要的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：因?yàn)橥箨P(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍φ為20176。到40176。，腕轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍θ為45176。到45176。，故最大轉(zhuǎn)矩為： ()負(fù)載的實(shí)際最高角速度為：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。/,則角加速度為10rad/s () ()四關(guān)節(jié)功率要求為： ()，則實(shí)際所需功率為： ()由計(jì)算結(jié)果分析腕擺關(guān)節(jié)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。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，,。RE25型電機(jī)與GP32A減速器組合，可滿足要求。 大小臂關(guān)節(jié)電機(jī)
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