發(fā)布時(shí)間：2021-03-10 14:51

  主從式手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)可以把人和機(jī)器人結(jié)合起來(lái)，以力反饋主手作為交互界面控制手術(shù)機(jī)器人進(jìn)入體內(nèi)進(jìn)行手術(shù)操作，既能利用人類(lèi)具有的高級(jí)思維和決策能力，又能夠利用機(jī)器人具有的高精密度和準(zhǔn)確度。力反饋主手是主從式手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的重要組成部分，本文對(duì)力反饋主手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作空間分析、位姿誤差建模、重力平衡等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，論文主要內(nèi)容和成果如下： 編寫(xiě)了n自由度機(jī)器人機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和雅可比矩陣的計(jì)算程序，建立了主從運(yùn)動(dòng)學(xué)映射的數(shù)學(xué)模型。 提出了一種計(jì)算n自由度正交機(jī)器人機(jī)構(gòu)工作空間的數(shù)值方法，先求出機(jī)器人機(jī)構(gòu)末端兩個(gè)關(guān)節(jié)對(duì)應(yīng)子工作空間的邊界曲面，在前一個(gè)關(guān)節(jié)建立參考坐標(biāo)系，將已知子工作空間的邊界曲面分成若干層，求出每一層上的截交線，定義截交線的兩個(gè)端點(diǎn)、半徑坐標(biāo)值最大點(diǎn)和最小點(diǎn)等為特征點(diǎn)，根據(jù)這些特征點(diǎn)可生成前一級(jí)子工作空間的邊界曲線和邊界曲面，由此遞推可生成工作空間的邊界曲面，并計(jì)算出工作空間的體積值。以三自由度正交機(jī)器人機(jī)構(gòu)和PHANTOM力反饋主手機(jī)構(gòu)為例進(jìn)行了仿真分析，結(jié)果表明該算法具有運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算量小、結(jié)果精確等優(yōu)點(diǎn)，并且能適用于平行關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。 根據(jù)機(jī)器人機(jī)構(gòu)位姿誤差模型的連續(xù)性、等價(jià)性、比例性要求，以加入Hayati參數(shù)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型為基礎(chǔ)，運(yùn)用Paul提出的機(jī)器人微分運(yùn)動(dòng)理論，提出了一種基于坐標(biāo)系分組的機(jī)器人機(jī)構(gòu)位姿誤差矢量的計(jì)算方法，簡(jiǎn)化了Veitschegger和Chi-haur Wu提出的基于桿件的位姿誤差矢量計(jì)算方法。建立了主從式手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的位姿誤差模型，開(kāi)發(fā)了基于MATLAB平臺(tái)的仿真程序，分析了由PHANTOM力反饋主手和Da Vinci手術(shù)機(jī)器人組成的主從式手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的位姿誤差在其工作空間截面內(nèi)的分布狀況。根據(jù)PHANTOM力反饋主手機(jī)構(gòu)的位置誤差模型，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法，以各桿件運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)誤差作為試驗(yàn)因素，以位置誤差作為響應(yīng)變量，進(jìn)行了精度設(shè)計(jì)的仿真分析。 提出了一種彈簧重力平衡系統(tǒng)的能量分析方法，以具有平行四邊形輔助桿件的2自由度機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，進(jìn)行了單關(guān)節(jié)彈簧重力平衡系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。根據(jù)Kane方法推導(dǎo)了PHANTOM力反饋主手機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)行了反向可驅(qū)動(dòng)性的分析，最后對(duì)樣機(jī)剛度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TH112

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1374122