机械臂具有个自由度，由医生手或脚进行控制，可以获得稳定全腹腔内图像。年，第二代问世，在功能上进行了改进，具有了声控功能。年，第三代增加了个额外关节，增加了机械臂灵活性，可用于更多手术任务。第四代实现了更加复杂语音控制，如图所示。该系统采用了先进安全保护措施，当机器人对人体组织施加力过大或过于接近人体器官时系统就会自动停止工作。图持镜机器人系统年，英国公司成功研制了内窥镜持镜手如图所示。该持镜手具有个自由度，镜头通过末端可自由转动镜夹固定于持镜手下部头端，使镜头能以患者体上切口为中心转动，而不对皮肤造成压力。系统通过测量医生所戴操作器内线圈感应电势，来检测医生头部运动，以此控制机器人运动进而获取患者体内图像。该系统设有脚踏开关，只有当医生踩踏开关时，才能发出有效命令控制内窥镜移动哈尔滨工业大学工学硕士学位论文目录摘要第章绪论课题背景及研究目和意义微创外科手术机器人研究现状国外研究现状国内研究现状微创外科手术机器人相关技术研究概述机器人结构设计运动学及动力学研究术前规划研究论文主要研究内容第章机械臂结构设计引言机器人辅助微创腹腔外科手术工作环境分析机械臂自由度配置及构型设计臂定位机构器械定位机构器械接口机械臂整体构型机械臂结构设计臂定位机构结构设计器械定位机构结构设计器械接口结构设计机械臂最终结构模型本章小结第章机械臂运动学分析及尺寸综合引言机械臂运动学分析运动学分析理论基础正运动学分析哈尔滨工业大学工学硕士学位论文逆运动学分析机械臂尺寸综合优化目标设计变量约束条件优化模型优化算法优化结果分析本章小结第章机械臂力学分析及术前摆位分析引言关节驱动力分析关节驱动力分析关节驱动力分析关节驱动力分析动力学仿真机械臂刚度及强度校核机械臂术前摆位分析冗余度机构逆运动学求解优化目标函数摆位分析流程双器械臂摆位分析仿真本章小结第章机械臂实验研究引言实验平台搭建机械臂机械本体控制系统机械臂性能实验机械臂手动摆位实验机械臂驱动性能实验远心定点运动定位精度实验本章小结哈尔滨工业大学工学硕士学位论文结论参考文献攻读硕士学位期间发表学术论文哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明致谢哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第章绪论课题背景及研究目和意义伴随机器人技术飞速发展以及人们对健康和医疗产品广泛关注，医疗机器人系统已经成为机器人技术研究领域个前沿热点，世界各国研究机构和企业都积极开展医疗机器人相关技术研发。医疗机器人是集合了医学生物工程学，机器人学，机械学，计算机科学等众多学科交叉研究领域。目前，医疗机器人研究主要涉及外科手术机器人，康复机器人及护理机器人等研究。而外科手术机器人又涵盖了骨外科机器人，神经外科机器人，微创腹腔外科机器人等类型,。微创外科手术是通过微小切口进行手术，与普通开放式手术相比，具有创伤小失血少痛楚轻感染风险低术后恢复快等优点，因而得以在外科手术诸多领域迅速开展。然而普通微创外科手术在临床应用中也发现了些问题医生长时间以相同姿势握持手术器械很容易产生疲劳医生由于疲劳和本身固有抖动等不稳定因素会影响手术精度另外，微创手术技术性高，医生需要长期专业训练才能胜任,。将机器人技术应用到微创外科手术是解决上述问题有效方法。机器人没有人类疲劳感和抖动等生理限制，具有定位精度高，操作灵活，重复精度高等优点，并能延伸医生手眼操作能力，改善医生工作环境。图显示了普通微创外科手术和机器人辅助微创手术不同工作场景。因此，微创外科手术机器人研究对于推动微创外科手术发展和普及具有重要作用，并能有效带动机器人技术及相关学科发展，同时具有巨大社会意义和经济效益。图普通微创外科手术与机器人辅助微创外科手术微创外科手术机器人研究现状目前，医疗机器人研究引起了世界范围内广泛关注和极大兴趣，世界各哈尔滨工业大学工学硕士学位论文国都积极开展相关技术研究，尤其发达国家更是投入了大量人力和物力进行研究，已有多家企业和研究机构研发出实验样机，并成功地进行了临床实验，有些产品已经进入市场实现了商品化。我国在该领域起步较晚与发达国家差距较大，但经过多方努力，在国家基金项目支持下也取得了关键性进展和显著成果。国外研究现状年，由美国博士和他机器人研究团队发明第代系统成为第个获得美国食品与药品管理局批准允许其在手术室使用外科机器人系统，开创了外科机器人新时代,。第代机械臂具有个自由度，由医生手或脚进行控制，可以获得稳定全腹腔内图像。年，第二代问世，在功能上进行了改进，具有了声控功能。年，第三代增加了个额外关节，增加了机械臂灵活性，可用于更多手术任务。第四代实现了更加复杂语音控制，如图所示。该系统采用了先进安全保护措施，当机器人对人体组织施加力过大或过于接近人体器官时系统就会自动停止工作。图持镜机器人系统年，英国公司成功研制了内窥镜持镜手如图所示。该持镜手具有个自由度，镜头通过末端可自由转动镜夹固定于持镜手下部头端，使镜头能以患者体上切口为中心转动，而不对皮肤造成压力。系统通过测量医生所戴操作器内线圈感应电势，来检测医生头部运动，以此控制机器人运动进而获取患者体内图像。该系统设有脚踏开关，只有当医生踩踏开关时，才能发出有效命令控制内窥镜移动李占贤,赵永杰种二自由度并联机器人机构灵活度研究机械设计与研究,王冰,高峰,彭斌彬,运红丽,张勇种二自由度并联平面机构尺度综合机械设计与研究,孙靖民,梁迎春机械优化设计北京机械工业出版社哈尔滨工业大学工学硕士学位论文,祖迪,吴镇炜,谈大龙种冗余机器人逆运动学求解有效方法机械工程学报陆震等冗余自由度机器人原理及应用机械工业出版社贾庆轩,战强,孙汉旭双冗余度机器人避碰运动规划方法研究北京航空航天大学学报,国内图书分类号学校代码国际图书分类号密级公开工学硕士学位论文面向微创腹腔外科手术冗余自由度机械臂研究硕士研究生李刚导师杜志江教授申请学位工学硕士学科专业机械电子工程所在单位机电工程学院答辩日期年月授予学位单位哈尔滨工业大学,哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要机器人辅助微创外科手术具有创口小定位精度高操作灵活等优点，能有效提高手术质量和安全性，扩展医生操作能力，改善医生工作环境，因而引起了世界范围内广泛关注，并取得了飞速发展。微创外科手术机器人是综合多个学科新型交叉研究领域，具有重要社会意义和经济效益。本文基于国家计划资助项目“微创腹腔外科手术机器人”，对面向微创腹腔外科手术机械臂进行了相关研究。首先，针对微创腹腔外科手术任务特点对机械臂工作环境进行了分析，并归纳出机械臂基本功能要求，在此基础之上对机械臂自由度配置和构型进行设计。根据不同功能要求将机械臂分为臂定位机构，器械定位机构和器械接口三个部分，并分别对其进行具体结构设计。其次，基于法建立了机械臂运动学正解方程，并依据机械臂构型特点和实际工作状态，采用反变换法建立了机械臂运动学逆解方程。在此基础之上，利用雅克比矩阵奇异值构造出机械臂运动性能灵巧度评价指标，并以此作为优化准侧，对机械臂进行结构尺寸优化，最终确定了机械臂各杆件参数。再次，对机械臂关节受力情况进行了分析，并利用动力学仿真软件对机械臂进行动力学仿真，进而确定了各主动关节驱动电机型号。利用有限元法对机械臂刚度和强度进行了校核。此外，为减少机械臂在手术过程干涉，利用改进投影梯度法，并采用最大距离指标作为优化目标函数，对双器械臂进行术前摆位分析。最后，搭建实验平台对机械臂性能进行相关实验研究。实验平台分为机械臂本体和控制系统两个部分，主要对机械臂手动摆位效果，主动关节驱动能力及远心定点运动定位精度进行验证，并对实验结果进行了分析。关键词微创外科手术机器人结构设计运动学力学分析术前摆位分析哈尔滨工业大学工学硕士学位论文哈尔滨工业大学工学硕士学位论文目录摘要第章绪论课题背景及研究目和意义微创外科手术机器人研究现状国外研究现状国内研究现状微创外科手术机器人相关技术研究概述机器人结构设计运动学及动力学研究术前规划研究论文主要研究内容第章机械臂结构设计引言机器人辅助微创腹腔外科手术工作环境分析机械臂自由度配置及构型设计臂定位机构器械定位机构器械接口机械臂整体构型机械臂结构设计臂定位机构结构设计器械定位机构结构设计器械接口结构设计机械臂最终结构模型本章小结第章机械臂运动学分析及尺寸综合引言机械臂运动学分析运动学分析理论基础正运动学分析哈尔滨工业大学工学硕士学位论文逆运动学分析机械臂尺寸综合优化目标设计变量约束条件优化模型优化算法优化结果分析本章小结第章机械臂力学分析及术前摆位分析引言关节驱动力分析关节驱动力分析关节驱动力分析关节驱动力分析动力学仿真机械臂刚度及强度校核机械臂术前摆位分析冗余度机构逆运动学求解优化目标函数摆位分析流程双器械臂摆位分析仿真本章小结第章机械臂实验研究引言实验平台搭建机械臂机械本体控制系统机械臂性能实验机械臂手动摆位实验机械臂驱动性能实验远心定点运动定位精度实验本章小结哈尔滨工业大学工学硕士学位论文结论参考文献攻读硕士学位期间发表学术论文哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明致谢哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第章绪论课题背景及研究目和意义伴随机器人技术飞速发展以及人们对健康和医疗产品广泛关注，医疗机器人系统已经成为机器人技术研究领域个前沿热点，世界各国研究机构和企业都积极开展医疗机器人相关技术研发。医疗机器人是集合了医学生物工程学，机器人学，机械学，计算机科学等众多学科交叉研究领域。目前，医疗机器人研究主要涉及外科手术机器人，康复机器人及护理机器人等研究。而外科手术机器人又涵盖了骨外科机器人，神经外科机器人，微创腹腔外科机器人等类型,。微创外科手术是通过微小切口进行手术，与普通开放式手术相比，具有创伤小失血少痛楚轻感染风险低术后恢复快等优点，因而得以在外科手术诸多领域迅速开展。然而普通微创外科手术在临床应用中也发现了些问题医生长时间以相同姿势握持手术器械很容易产生疲劳医生由于疲劳和本身固有抖动等不稳定因素会影响手术精度另外，微创手术技术性高，医生需要长期专业训练才能胜任,。将机器人技术应用到微创外科手术是解决上述问题国内图书分类号.学校代码国际图书分类号