切口式单孔腹腔镜连续体手术机器人构型设计和优化

作     者：潘琪琪 罗静静 王富豪 王洪波 PAN Qiqi;WANG Hongbo;LUO Jingjing;WANG Fuhao

作者机构：复旦大学工程与应用技术研究院上海200433 复旦大学智能机器人教育部工程研究中心上海200433 复旦大学上海智能机器人工程技术研究中心上海200433 

基　　金：国家重点研发计划(2019YFB1311700) 复旦大学医工结合(YG2021-0008) 上海市科委(21511102000) 复旦自贸壹号医疗器械联合研究中心(SGH2310020/007)资助项目 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2023年第59卷第23期

页      码：55-67页

摘      要：针对现有单孔腹腔镜柔性手术机器人刚度不足,负载能力较差及灵活度低等问题,提出了一种切口式连续体机器人机械臂构型设计方案。考虑柔性机器人工作刚度和灵活性难以同时提高这一瓶颈,结合分层理论(Layerwise theory, LWT)及拉格朗日乘子法对模型构造及尺寸参数进行优化。基于Ⅰ型裂纹模型和应力强度分析,对绳驱机器人的牵引线位限方式进行优化。利用切口式机器人切口间隙和连续体最大可弯曲角度θ的关系图以及有限元分析,提出了切口间距优化策略。通过样机测试验证了各优化方案的可行性和有效性。实验证明,优化后的实验机械臂样机在0.5 N的弯曲反向负载下末端偏移误差在0.5 mm内;在柔性体弯曲角90°的范围内,末端负载0.5 N的偏移量均值为0.27 mm。实验表明提出的优化夹层切口式机器人具有较大的刚度和负载能力,在实际手术场景应用中,柔性体末端受拉或负载器械时仍能够满足所需的姿态要求。

主 题 词：切口式连续体 构型设计 柔性段优化 

学科分类：080202[080202] 08[工学] 0804[工学-材料学] 0802[工学-机械学] 

核心收录：

D　O　I：10.3901/JME.2023.23.055

馆 藏 号：203125997...