单孔腹腔微创手术机器人机械臂系统设计与分析

"本文主要研究了单孔腹腔微创手术机器人机械臂系统的设计与优化，旨在提升手术的精准度和安全性。研究中，作者在国家自然科学基金项目的资助下，设计了一款7自由度的机器人系统，特别关注了手术器械的无耦合设计以及柔性臂的创新构造。 首先，为满足单孔腹腔微创手术的需求，设计的机器人包含三维建模的手术器械模块、柔性臂模块和电机传动模块。7自由度的设计允许机器人在狭小空间内灵活操作，同时通过巧妙的驱动丝布局避免了各部件间的干涉。对于微器械腕部，提出了无耦合设计，解决了手术钳之间的相互影响问题，确保了手术的精确性。 其次，为了实现柔性臂的90度弯转自由度，设计了一种基于超弹性Nitinol合金的三角形切口关节模型。这种设计通过两组交叉的切口组合实现了俯仰和横摆两个自由度，保留了较大的内部空腔以容纳驱动丝、能源线缆和信号数据线缆。通过Timoshenko梁理论，对柔性臂进行了静力学建模和ANSYS仿真，并通过实验对比验证了切口尺寸、加工工艺和材质选择的影响。 进一步，机器人平台的关键部件经过受力校核和选型，搭建了实验样机。采用了被动光学定位系统，构建了实验测试平台，对正逆运动学模型和工作空间进行了验证。实验结果的分析表明，该机器人系统具有良好的性能和可靠性。 关键词：单孔微创手术机器人；三角切口柔性臂；力学模型；Timoshenko梁理论；运动学模型。" 这篇论文详细探讨了单孔腹腔微创手术机器人的核心组件，包括机械臂的结构设计、运动学和动力学模型，以及实验验证。通过这样的研究，为未来微创手术机器人的发展提供了重要的理论和技术基础。