微创外科手术机器人多自由度手指机构设计与研究

微创外科手术机器人多自由度手指机构是在满足微创手术要求的前提下,专为外科手术机器人系统研制开发的具有多个自由度的机构。该机构拥有侧摆,俯仰,旋转,夹持4个自由度,采用驱动电机与各个执行关节分离的结构形式,具有夹持灵活性好,质量轻,夹持力大,结构简单等优点,对手指机构的指尖夹持力、关节耦合关系等关键技术进行了研究,为微创外科手术机器人的进一步研制奠定基础。     

微创外科机器人夹持手操作力感知机构研究

针对微创手术机器人,研究设计了载有力感知功能的从手夹持手,介绍了夹持手末端柔顺机构力觉传感器的设计、驱动装置及驱动方式的选择,并基于ANSYS软件分析了微创手术机器人夹持手在夹持过程中传感器形变与受力的关系。仿真及分析结果表明传感器的形变与受力基本趋于线性关系,为进一步研究手术机器人夹持手的力感知与力反馈的控制奠定了基础。     

基于ARM微控制器的医疗机器人主从夹持控制系统设计与实现

利用ARM微控制器,基于自主研发的医疗机器人用关节式主操作手和从操作手手指,构建了主从遥操作夹持控制系统。其中,设计了AT91RM9200 ARM微控制器与外围器件的硬件电路,并在运行于硬件平台的LINUX操作系统上开发了相应的硬件驱动程序。     

机器人辅助微创手术系统的触诊功能实验

机器人辅助微创手术系统中的触诊功能的实现对提高手术效率,减少术中对非病变组织的创伤有重要意义。针对已研制的机器人辅助微创手术系统中的触诊模块进行性能测试,一是用于测量微器械在手术中夹持器官组织时产生的夹持力的夹持力测量系统,一是用于测量微器械与非夹持器官组织接触时产生的相互作用的接触力的接触力测量系统。通过实验分析了系统的精度和性能,为系统的进一步优化提供依据。     

弹性霍肯连杆直线平夹自适应机器人手研制

平行夹持是机器人手重要的抓取模式,但由于其末端指段沿圆弧轨迹运动,因此,机器人手在桌面上夹持物体时需要机械臂配合升降,从而增加了其对不同尺寸物体的抓取难度。针对此问题,介绍了一种末端指段呈直线轨迹平动的直线平行夹持模式;基于该模式,提出了一种基于霍肯连杆机构实现的直线平夹自适应手指（SHKL手指）。SHKL手指利用霍肯连杆机构实现末端关节直线运动,利用同向等速的双平行四连杆机构实现末端指段相对手掌姿态固定,利用弹性关节、弹簧和限位等实现自适应抓取。理论分析与实验结果表明,SHKL手指具有直线平夹与自适应抓取功能,抓取稳定,控制容易。     

腹腔微创手术机器人主从运动及力反馈控制

微创手术机器人一般采用主从式结构。主从操作手的力反馈技术是手术机器人研究重要的方向。基于运动学D-H模型采用位姿分离法实现了机械手逆运动快速求解。运用虚功原理的方法实现了对机械手力反馈控制。并且进行了动物软组织实验,为操作者提供临场力感觉,实现人对手术机器人的有效干预和控制。     

欠驱动两指多指杆机器人手的操作过程与抓力分析

欠驱动两指多指杆机器人手仅用一台驱动电机就能以直指或曲指方式履行各种工业操作任务。文中描述了欠驱动两指多指杆手的操作过程与手指的抓力分析 ,并对手指抓力作了动态仿真。与现有的欠驱动机器人手相比 ,这种多指杆机器人手的结构更为简单紧凑 ,且能减少控制的复杂性、重量和成本 ,并能实现多功能地抓取不同物体的能力     

6-DOF主操作手构型设计与空间轨迹规划仿真研究

主操作手是微创外科手术机器人的关键组成部分,用于接收医生动作,并控制从操作手完成手术操作.在充分研究主操作手使用要求的基础上,分析了主操作手构型设计要求,完成了主操作手的构型设计.结合所设计主操作手的构型,应用Matlab Robotic Toolbox进行了空间运动轨迹规划仿真,得到主操作手关节位移、速度和加速度的变化曲线.结果表明,主操作手构型设计合理,运动平稳,为主操作手的进一步设计与优化奠定了理论基础.     

LIPSA-L手:直线平夹自适应机器人手

传统平行夹持自适应机器人手仅具有圆弧平夹功能,无法达到对薄板物体的良好夹持。提出了直线平行夹持与自适应相结合的LIPSA抓取功能。设计了一种具有LIPSA抓取功能的新型欠驱动机器人手——LIPSA-L手,具有2个手指,由一个电机驱动。在LIPSA-L手指中,采用切比雪夫连杆机构实现末端点的直线轨迹,利用同向等速传动带轮机构实现末端指段的平动,利用空程传动配合弹簧实现手指自动适应不同物体的包络握持目的。分析与实验结果表明,LIPSA-L手可以在直线平行夹持与自适应两种模式之间切换;既能够直线平动第二指段去夹持物体,又能够以多个指段包络抓取物体,获得出力更大的握持效果。     

基于LabVIEW的手术机器人从手夹持力监控分析系统研究

以手术机器人从手机构为对象,研制了手术机器人从手夹持力信号数据采集系统。在末端夹持手指安装了应变传感器。传感器采集的加持力信号传递给以NE592为核心的信号处理电路进行处理,将处理过后的信号传递给数据采集卡进行数据采集并通过串口接口上传到计算机;计算机监测系统软件由虚拟仪器开发平台LabVIEW完成,实现对采集卡上传的数据进行监控分析;在LabVIEW中调用Matlab Script节点,实现LabVIEW与Matlab的混合编程。实验表明,该采集系统能够很好地完成手术机器人从手夹持力信号数据采集任务,为手术机器人从手其他的深入研究提供了可靠的平台。