介入手術(shù)醫(yī)療機(jī)器人定位臂控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文doc(參考版)
2025-07-20 16:38本頁(yè)面
【正文】 2. 天津水利電力機(jī)電研究所, 天津；2010.(3):5861[15]周青松，張鐵；基于PMAC 的機(jī)器人控制器調(diào)試系統(tǒng)的研制[J]；華南理工大學(xué)；2009.(3):2426。在臨床應(yīng)用中也取得了不錯(cuò)的效果，但還有很大的提升空間。詳細(xì)敘述了機(jī)器人機(jī)構(gòu)的確定，驅(qū)動(dòng)器的選擇，傳動(dòng)方式的確定，電機(jī)的選擇，機(jī)械結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，以及采用PMAC+Bantam分布式控制方案和硬件方案。4 結(jié) 論機(jī)器人輔助血管介入手術(shù)具有出血少、創(chuàng)傷小、術(shù)后恢復(fù)迅速等優(yōu)點(diǎn)，而且克服了傳統(tǒng)手術(shù)存在的操作復(fù)雜，手術(shù)時(shí)間長(zhǎng)，醫(yī)生在射線環(huán)境下工作輻射大等缺點(diǎn)，所以研究并應(yīng)用機(jī)器人輔助血管介入手術(shù)技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。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。 便捷拆裝接口設(shè)計(jì)： 便捷接口結(jié)構(gòu)圖在機(jī)械臂的設(shè)計(jì)過程中，考慮到末端推進(jìn)機(jī)構(gòu)與機(jī)械臂之間要經(jīng)常拆卸，因此將兩部分的連接口設(shè)計(jì)為便于拆卸和安裝的便捷接口。在電機(jī)減速器輸出軸與絲杠無(wú)法保證對(duì)中的情況下，為保證傳動(dòng)的可靠性將絲杠與電機(jī)的連接段做成波紋管結(jié)構(gòu)。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)。大臂可以繞銷轉(zhuǎn)動(dòng)，長(zhǎng)鉸座與大臂基座通過銷和深溝球軸承相連。大臂與底座通過深溝球軸承和鉸銷相連。大小臂通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和四邊形機(jī)構(gòu)完成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。2657CR型電機(jī)與26/1型減速器，可滿足功能要求。因此選用與大臂相同的電機(jī)及配件即可。設(shè)負(fù)載為80N，則最大轉(zhuǎn)矩為80Nm，大臂的平均角速度w=，則驅(qū)動(dòng)功率為： ()，則實(shí)際驅(qū)動(dòng)功率為： () 當(dāng)大臂位于最外傾的位置時(shí)，： 大臂受力分析圖螺母的軸向力為750N,設(shè)絲杠的增力比為5，由此可知力矩為： ()由傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和以上計(jì)算結(jié)果可知，m，功率大于29W。不考慮實(shí)際運(yùn)動(dòng)中峰值帶來(lái)的增量問題，設(shè)計(jì)參數(shù)取5176。關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)速度為5176。到40176。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) 電機(jī)容量的計(jì)算與選擇 在大小臂的設(shè)計(jì)中，大小臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是靠絲杠的直線運(yùn)動(dòng)完成的。采用渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)就解決了失電狀態(tài)下的自鎖問題，但是必須經(jīng)過機(jī)構(gòu)綜合和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。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)。其中，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器可以分為直流電機(jī)、交流電機(jī)、伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。 關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)方式選擇目前常用的驅(qū)動(dòng)器有電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器、液壓驅(qū)動(dòng)器、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器等。第三關(guān)節(jié)通過連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)平行四邊形的運(yùn)動(dòng)。第一關(guān)節(jié)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。,： 定位臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 定位臂結(jié)構(gòu)變形圖在定位臂的機(jī)構(gòu)中定位臂通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 介入手術(shù)機(jī)械臂大臂方案設(shè)計(jì) 根據(jù)機(jī)器人介入血管手術(shù)的要求，大臂的作用是將手腕末端送到規(guī)劃點(diǎn)，因此對(duì)手臂提出以下要求：（1）實(shí)現(xiàn)較高的定位精度；（2）在保證工作空間的前提下，機(jī)構(gòu)尺寸盡量??；（3）能夠承受2kg的重量；為了能夠?qū)崿F(xiàn)空間任意位置的變化，手臂應(yīng)至少具備3個(gè)自由度，可由P(移動(dòng)關(guān)節(jié))和R（轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)）組成。這兩部分在手術(shù)中的運(yùn)動(dòng)方式不盡相同，因此應(yīng)避免兩部分的相互依賴關(guān)系。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)，因此確定定位臂機(jī)械臂的自由度為五自由度；（2）設(shè)計(jì)機(jī)械臂末端承重至少2kg；（3）機(jī)械臂末端到地面可調(diào)高度：100cm150cm；（4）工作范圍：300mm300mm300mm；（5）；（6）關(guān)節(jié)最大角速度：5176。這兩項(xiàng)任務(wù)存在著很大的差別。手臂起到定位作用，手腕調(diào)整其自身姿態(tài)，即進(jìn)行姿態(tài)的調(diào)整。 本章小結(jié)本章首先闡述了血管介入手術(shù)的工作原理，并以此提出了血管介入手術(shù)機(jī)器人的系統(tǒng)框架，針對(duì)介入手術(shù)醫(yī)療機(jī)器人定位臂控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課題，采用PMAC+ Bantam的分布式控制架構(gòu)體系和硬件方案，并詳細(xì)介紹了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建，以及解決了參數(shù)設(shè)計(jì)、PID參數(shù)整定、安全性設(shè)計(jì)等問題。(上面的“x”表示軸號(hào)，比如4等) [15]。工x34決定積分增益是全程有效還是只在控制速度為0時(shí)有效。 （2）PID參數(shù)的整定 多軸運(yùn)動(dòng)控制器提供一個(gè)PID位置環(huán)伺服濾波器濾波器是通過設(shè)置每個(gè)電機(jī)的適當(dāng)?shù)腎變量來(lái)調(diào)節(jié)的。5)外部輸入異常終止：這一輸入信號(hào)線上的命令會(huì)立即終止預(yù)先選好的坐標(biāo)系中的所有軸的運(yùn)動(dòng)。4)放大器使能/禁止，出錯(cuò)每個(gè)放大器的單獨(dú)連線使PMAC運(yùn)動(dòng)控制器在檢查出錯(cuò)誤情況時(shí)可以關(guān)斷，還可以控制加電順序。這種情況發(fā)生在位置反饋消失時(shí)或者電機(jī)發(fā)生故障的時(shí)刻。如果命令值超過了程序設(shè)定值，整個(gè)坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)將會(huì)減速，或者加速度值將被減小以保持在極限以內(nèi)。本系統(tǒng)采用的安全措施有：1)越程極限硬件：光隔離的帶上拉電阻專用硬件限位開關(guān)輸入軟件：保存在EPROM中的位置，越程時(shí)可以觸發(fā)程序進(jìn)行減速。(8) 回零開關(guān)連接回零開關(guān)接在該針上與模擬地之間，開關(guān)必須是常閉的。若不使用一個(gè)符號(hào)和絕對(duì)值控制的放大
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