【正文】 lcludean等 提 出 的 輔 助 超 聲 波 成 像 系 統(tǒng) 擁 有 6個 自 由 度 ， 其 機 械 臂 使用 了 雙 平 行 四 桿 型 RCM機 構 ， 加 有 配 重 使 力 矩 平 衡 ， 并 可 反 向 驅 動 。當 然 ， 還 有 許 多 十 分 優(yōu) 秀 的 手 術 機 器 人 設 計 中 運 用 了 RCM機 構 ， 比 如 用 于腹 腔 手 術 的 “Da Vinci”手 術 機 器 人 （ 圖 ） 的 末 端 操 作 裝 置 就 使 用 了 這 種結 構 ， 它 已 獲 得 歐 洲 CE認 證 和 美 國 FDA認 證 。 并 針 對 不 同 應 用 背 景 開發(fā) 出 多 種 RCM機 器 人 系 統(tǒng) ， 如 面 向 腹 腔 外 科 手 術 的 LARS機 器 人 系 統(tǒng) 、 面 向眼 科 手 術 的 “穩(wěn) 手 ”機 器 人 （ Steady Hand Robot） 系 統(tǒng) 和 面 向 前 列 腺 手 術 的MINIRCMamp。 王 振 華 等 設 計 的 主 從 式 微創(chuàng) 外 科 手 術 機 器 人 的 從 操 作 手 也 采 用 了 RCM機 構 。 RCM 機 構 具 有 的 優(yōu) 點 使 其 首 先 應 用 到 各 種 類 型 的 微 創(chuàng) 外 科 手 術 機 器 人 及相 關 領 域 中 ， 如 腦 外 科 、 腹 腔 外 科 、 矯 形 外 科 、 眼 科 、 泌 尿 外 科 等 。北京郵電大學世紀學院畢業(yè)設計（論文）2 國 內 外 研 究 RCM（ Remote Center of Motion） 理 念 于 1995 年 被 Russell 等人 提 出 。正 如 上 述 所 說 RCM 機 構 在 我 們 生 活 中 的 應 用 越 來 越 廣 泛 。 微 創(chuàng) 外 科 手 術 與 機 器 人 技 術 的 結 合 可 以克 服 傳 統(tǒng) 微 創(chuàng) 手 術 觀 察 和 活 動 范 圍 有 限 、 缺 少 視 覺 反 饋 以 及 醫(yī) 生 易 于 疲 勞等 缺 點 ， 提 供 一 個 精 確 穩(wěn) 定 的 適 合 人 類 的 操 作 環(huán) 境 ， 提 高 手 術 的 安 全 性 與可 靠 性 。I三 自 由 度 繩 驅 動 RCM 機 構設 計 畢 業(yè) 論 文目 錄 .................................................................1 課 題 目 的 及 背 景 ..................................................1 國內外研究 ........................................................2 論文構成 ..........................................................4 RCM 的基本原理 ................................................6 概述 ..............................................................6 自由度的定義、計算及三自由度的優(yōu)點 ................................6 RCM 機 構 的 定 義 及 優(yōu) 點 ...........................................7 三 自 由 度 繩 驅 動 RCM 機 構 組 成 及 基 本 原 理 ..........................7 本 章 小 結 .........................................................9 自 由 度 繩 驅 動 RCM 機 構 分 析 .......................................10 概述 .............................................................10 兩種典型的 RCM 機構分析 ..........................................10 雙 平 行 四 桿 型 RCM 機 構 分 析 ..................................10． 2 等 比 同 向 傳 動 型 RCM 機 構 分 析 ...............................13 特殊的等比同向傳動型 RCM 機構—— 繩驅動 RCM 機構分析 ..............15 本章小結 .........................................................17 RCM 機構組成的設計和選擇及零件裝配 ....................19 概 述 ............................................................19 軸 承 外 套 的 設 計 .................................................19 軸 的 設 計 ........................................................20 軸 的 材 料 ...................................................22 軸 的 結 構 設 計 ...............................................23 軸 的 計 算 ....................................................26 聯 軸 器 的 設 計 ...................................................35 軸 器 類 型 的 選 擇 ...........................................36 聯 軸 器 扭 矩 的 計 算 ...........................................36 聯 軸 器 最 大 轉 速 的 校 核 .......................................37 聯 軸 器 軸 孔 直 徑 的 協(xié) 調 ......................................37 軸 器 相 應 部 件 安 裝 精 度 的 規(guī) 定 ..............................37 聯 軸 器 其 他 必 要 的 校 核 ......................................38 機 械 臂 的 設 計 ...................................................39II 舵機的選擇 .......................................................40 零 件 的 裝 配 ......................................................44 裝 配 的 過 程 ..................................................44 零 件 裝 配 中 存 在 的 問 題 及 解 決 辦 法 ............................49 本 章 小 結 ........................................................51 結 和 展 望 .........................................................53致 謝 ..................................................................54參 考 文 獻 ..............................................................56附錄 ..................................................57附錄 ........................................................58附錄 ....................................................59北京郵電大學世紀學院畢業(yè)設計（論文）11． 前 言 課 題 目 的 及 背 景 近 年 來 ， 隨 著 人 類 生 活 水 平 的 提 高 和 社 會 的 發(fā) 展 ， 醫(yī) 療 水 平 也 有 了 很 大的 改 善 ， 先 進 的 醫(yī) 學 機 器 人 技 術 已 滲 透 到 了 醫(yī) 學 的 各 個 領 域 ， 尤 其 在 微 創(chuàng)外 科 手 術 領 域 ， 現 在 手 術 機 器 人 在 微 創(chuàng) 外 科 手 術 領 域 中 的 應 用 不 僅 為 手 術定 位 、 手 術 最 小 損 傷 和 手 術 質 量 等 方 面 帶 來 一 系 列 的 變 革 ， 而 且 提 高 了 微創(chuàng) 外 科 手 術 的 安 全 性 與 可 靠 性 ， 使 手 術 水 平 從 器 官 級 發(fā) 展 到 細 胞 級 ， 實 現微 創(chuàng) 手 術 和 數 字 化 手 術 ， 同 時 還 改 變 了 傳 統(tǒng) 的 外 科 手 術 的 許 多 概 念 ， 對 未來 新 一 代 的 機 器 人 化 的 高 科 技 手 術 設 備 的 開 發(fā) 與 研 制 、 醫(yī) 學 的 教 學 與 研 究 ，同 時 對 臨 床 或 家 庭 護 理 及 康 復 等 方 面 都 有 十 分 重 要 的 意 義 。然 而 ， 今 天 的 手 術 是 以 精 確 度 、 重 復 一 致 性 好 ， 并 且 能 在 很 大 程 度 上 減 少醫(yī) 院 和 病 人 的 醫(yī) 療 費 用 為 目 的 ， 因 此 在 具 體 的 手 術 操 作 過 程 中 某 些 細 節(jié) 操 作以 人 的 手 工 操 作 是 達 不 到 要 求 的 。 而 在 微 創(chuàng) 外 科 手 術 中 ， 手 術 工 具 通 常 是 通 過 套 管 針 直 接 插 入 病 人皮 膚 上 的 小 切 口 到 達 病 患 位 置 ， 但 是 由 于 切 口 的 限 制 ， 套 管 針 需 要 繞 著 插入 點 進 行 轉 動 或 移 動 ， 這 是 現 代 微 創(chuàng) 外 科 手 術 的 一 個 現 有 的 特 征 ， 所 以 作為 輔 助 這 類 手 術 的 機 器 人 一 般 都 可 以 為 手 術 工 具 提 供 一 個 相 對 較 為 固 定 的插 入 點 。 這 時 ， 對RCM 機 構 而 言 ， 最 重 要 的 就 是 結 構 簡 單 ， 自 由 度 少 等 特 點 ， 本 課 題 所 設 計的 三 自 由 度 繩 驅 動 RCM 機 構 樣 機 的 本 體 ， 由 舵 機 做 驅 動 力 ， 通 過 兩 組 鋼 絲 繩耦 合 傳 動 ， 使 其 末 端 執(zhí) 行 器 可 繞 虛 擬 中 心 二 維 轉 動 ， 并 沿 著 自 身 軸 線 進 行 插入 運 動 ， 從 而 為 手 術 工 具 提 供 一 個 相 對 固 定 的 插 入 點 ， 提 高 外 科 手 術 的 安 全性 ， 同 時 該 機 構 符 合 自 由 度 少 ， 結 構 簡 單 ， 體 積 小 ， 重 量 輕 等 優(yōu) 點 ， 可 應 用于 機 器 人 輔 助 微 創(chuàng) 外 科 手 術 等 領 域 。 1995 年 Taylor 在 研 究 腹 腔 外 科 手 術 機 器 人 的 過 程 中 首 次 提 出 了 遠 程 運動 中 心 （ RCM） 的 概 念 ， 并 以 機 構 的 形 式 實 現 了 RCM 的 功 能 ， 將 其 應 用 于 外科 手 術 輔 助 機 器 人 ， 一 般 認 為 這 是 RCM 機 構 概 念 的 最 早 由 來 。 近 十 年 來 ，國 外 對 RCM機 構 在 醫(yī) 療 領 域 的 研 究 已 經 有 很 多 的 應 用 ， 學 者 如 JENSEN， 對RCM機 構 進 行 了 研 究 ， 提 出 了 一 些 種 類 各 異 的 結 構 。 其 中 特 別 要 提 到 的 是 美 國Johns Hopkins大 學 包 括 Taylor教 授 在 內 的 研 究 小 組 在 RCM機 構 及 其 在 微 創(chuàng) 外 科手 術 機 器 人 方 面 的 應 用 研 究 做 出 了 開 創(chuàng) 性 的 貢 獻 ， 設 計 了 數 種 不 同 結 構 的 2自由 度 RCM機 構 ， 如 BWRCM機 構 、 MINIRCM機 構 等 。PAKY機 器 人 系 統(tǒng) 等 。 日 本 東 京 大 學 的 Kim 計 了一 種 單 自 由 度 的 RCM機 構 并 嵌 入 到 一 個 六 自 由 度 的 機 器 人 系 統(tǒng) 中 。 Da Vinci機 器 人 系 統(tǒng) 東 京 大 學 設 計 的 RCM系 統(tǒng)北京郵電大學世紀學院畢業(yè)設計（論文）3圖 應 用 而 在 國 內 ， 我 國 從 20 世 紀 90 年 代 中 期 開 始 醫(yī) 療 外 科 機 器 人 的 應 用 研 究 ，有 些 醫(yī) 院 相 繼 采 用 國 外 的 機 器 人 進 行 微 小 創(chuàng) 傷 等 系 列 手 術 ， 如 膜 替 換 、 心 臟動 脈