| 微创手术机器人机械臂结构设计与工作空间分析 |
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| 引用本文： | 李良敏,何超,宋成利,袁帅,张志阳,陈力. 微创手术机器人机械臂结构设计与工作空间分析[J]. 医用生物力学, 2019, 34(1): 40-46 |
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| 作者姓名： | 李良敏 何超 宋成利 袁帅 张志阳 陈力 |
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| 作者单位： | 上海理工大学医疗器械与食品学院;上海微创医疗器械(集团)有限公司 |
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| 基金项目： | 国家自然科学基金项目（51735003），2015年科技支撑计划（15441901000），2016年上海市国际科技合作项目（16440730100） |
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| 摘 要： | ![]()
目的现有双平行四边形机构设计的机械臂需要串联一个伸缩自由度机构,导致机械臂体积增大,运动灵活性降低,持镜臂与持器械臂发生干涉。针对这一问题,提出一种新型机械臂结构,增强运动灵活性、减小机械臂的体积。方法采用5连杆机构、滑块与滑轨的低副机构和丝传动机构设计机械臂,实现末端执行器的伸缩运动,建立机械臂的运动学模型,以MATLAB为仿真工具验证零位关节角D-H参数的正确性,求解出机械臂的运动方程;同时运用蒙特卡洛算法,得到末端执行器的三维工作空间范围,并对3条机械臂作术前动物实验规划;最后,在猪体内进行胆囊切除等操作,验证机械臂的双5连杆2自由度设计的合理性和可操作性。结果蒙特卡洛算法在MATLAB环境下得到的工作空间范围为:-650.4 mmx649 mm,163.8 mmy1 202 mm,-254.6 mmz829.8 mm,并成功完成16例猪的胆囊切除实验,平均操作时间为51 min。结论新型设计的双5连杆2自由度机械臂在猪体内成功完成胆囊切除等操作,且猪术后无其他不良症状,机械臂之间的运动无干涉,充分验证了所提出的微创手术机器人机械臂设计方案的可行性。
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| 关 键 词： | 微创手术机器人； 双5连杆机构； 蒙特卡洛算法 |
| 收稿时间： | 2018-01-17 |
| 修稿时间： | 2018-03-23 |
Structure Design and Workspace Analysis of Robotic Arm for Minimally Invasive Surgical Robot |
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| LI Liangmin,HE Chao,SONG Chengli,YUAN Shuai,ZHANG Zhiyang and CHEN Li. Structure Design and Workspace Analysis of Robotic Arm for Minimally Invasive Surgical Robot[J]. Journal of Medical Biomechanics, 2019, 34(1): 40-46 |
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| Authors: | LI Liangmin HE Chao SONG Chengli YUAN Shuai ZHANG Zhiyang CHEN Li |
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| Abstract: | ![]()
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| Keywords: | minimally invasive surgical robot double 5-link mechanism Monte Carlo algorithm |
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