论文部分内容阅读
腹腔内窥镜机器人的研究对临床外科微创手术具有重要意义。内窥镜作为医生的“眼睛”,是微创手术中使用的最重要的医疗器械。普通的腹腔微创手术采用人工持镜方式,医生容易疲劳,产生抖动。临床应用的关节型内窥镜机器人虽能提供稳定清晰的视野,但机器人运动空间大,不灵活。本文针对关节型内窥镜机器人存在的运动空间受限的缺点,研究一种运动稳定、多自由度的新型连续型内窥镜机器人。连续型机器人是一种新型的仿生机器人,由柔性支柱构成,无刚性关节和连杆结构,能灵活弯曲,模仿大象鼻子及章鱼触角的运动。文章主要研究内容及学术贡献如下:首先,对连续型机器人进行结构设计,建立连续型机器人运动模型,对机器人进行正、逆运动学分析,分析机器人运动空间与驱动空间的映射关系,研究运动控制算法。通过运动学分析确定机器人末端位置、速度和加速度等运动特性。对连续型机器人运动学的分析是研究连续型机器人的关键。其次,从动力学角度分析内窥镜机器人刚柔耦合系统,建立ADAMS虚拟样机模型,完成机器人的运动仿真,并对仿真结果进行数据处理和分析,通过对仿真结果和运动学分析结果的比较,验证运动学模型和运动学分析结果的正确性。在机械多体系统的研究中,对刚柔耦合系统的建模与仿真是多体系统研究一个难题。最后,利用ADAMS对内窥镜机器人的结构进行优化分析,通过创建设计变量,设定初始值,利用设计变量对模型的几何形状进行参数化建模与分析,当设定的目标函数达到最佳时,得到对应设计变量的最优值,设计出弯曲性能好、高精度的连续型机器人。综上所述,本文研究一种新型连续型内窥镜机器人,并对其运动学进行分析,通过ADAMS软件进行运动学仿真来证实运动学模型和运动学分析的正确性,在此基础上完成机器人结构优化工作。本课题的研究是我国在连续型机器人领域的初步探索,为连续型机器人在我国的研究和应用提供重要的参考依据。