主被动混合式微创手术机械臂机构设计及灵巧度优化

作     者：马如奇 董为 杜志江 李刚 

作者机构：哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室黑龙江哈尔滨150080 

出 版 物：《机器人》 (Robot)

年 卷 期：2013年第35卷第1期

页      面：81-89页

核心收录：

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家863计划资助项目(2009AA044001) 

主　　题：微创外科手术 机械臂优化 机构灵巧度 机构设计 

摘      要：研制出一款可开展微创手术的双机械臂机器人系统,该系统配合手术微器械可以实现精确的腹腔内手术操作.通过分析微创手术的手术环境及手术操作特点,提出了采用机器人开展微创手术对机器人自身机构设计的基本要求,并在此基础上重点对机械臂机构进行设计和优化.该机械臂可以按照微创手术的实际需求,实现机器人的术前摆位、术中器械操作及器械的快速拆装更换,并且可以从机构上保证术中器械在患者腹壁切口处位置不变,避免术中因手术器械运动而对腹壁切口造成非手术性损伤.此外,借助于机器人雅可比矩阵的奇异值,构造了基于条件数和可操作度的综合灵巧度评价指标函数,并采用序列二次规划算法对机械臂杆件参数进行优化.优化结果表明,机械臂具有良好的各向同性及可操作度,很好地满足了微创手术对机械臂机构灵活性的要求.