摘要：并联机构刚性高且动态性能好,用于开发力反馈设备时,在力觉刚性以及位姿分辨率方面优势明显.学界与业界多基于Delta机构开发高性能并联力反馈设备,本文采用3-SPR并联机构设计和开发出一种新型力反馈设备.采用丝传动方式并基于差动原理,提出了一种新型直线动单元作为3-SPR并联力反馈机构驱动副,有效提升了力反馈设备的位姿分辨率与力觉刚性.并联机构的位置正解效率直接影响操控力反馈设备的实时性,本文以动平台中心和球铰链中心距为中间变量,构造出量纲统一的迭代矩阵,实现了该机构位置正解模型的高效求解.相较于传统位置正解的数值方法,求解效率提升近一个数量级,大幅提升了该力反馈机构的位姿反馈实时性.在运动学模型的基础上,基于虚功原理建立了力反馈机构的力映射模型,提出一种含机构重力补偿的反馈力计算方法.基于上述方法开发算法并设计出控制系统,实现了力反馈机构的位姿实时监控及反馈力控制.通过重力补偿实验,验证了上述方法及其控制系统的有效性.

摘要：机器人辅助微创手术器械一般采用丝传动来实现手术器械大长径比结构下的动力传递,传力过程中钢丝绳的张力传递损失会引起手术器械关节运动误差,因此研究丝传动张力变化是保证手术器械运动精度的前提。根据手术器械结构特点,引入导轮与钢丝绳的半径比及张力倾斜角来表征钢丝绳弯曲刚度,通过对钢丝绳与导轮接触区域与非接触区域的受力分析,得到了钢丝绳的张力比计算公式。试验结果表明,应用所提出的张力比计算公式获得的张力值与传感器直接测得的张力值比较吻合。此外,应用张力比计算公式分析了包角、摩擦因数、半径比、张力倾斜角等结构参数对钢丝绳张力变化的影响。该研究工作可为手术器械的精确运动控制及结构设计提供理论指导。

摘要：为了更好地满足微创手术器械对运动灵活性和工作空间的要求,设计了一种六自由度丝传动微创手术器械。此手术器械的6个自由度包括:肩关节偏转自由度、肘关节俯仰自由度、腕关节俯仰自由度、自转自由度、指关节偏转自由度和手指的开合自由度。本微创手术器械在手指部分设计了快换手指,可以有效的节约在手术过程中更换手术器械的时间,同时减少了手术器械的成本。在手术器械结构设计的基础上对手术器械进行了运动学和工作空间分析。最后进行了运动学仿真,通过比较Solid Works仿真和MATLAB运算中得到的三维空间手术器械末端运动轨迹,验证了手术器械结构的合理性和运动学的正确性。

摘要：手术医生微创手术操作轨迹检测是构建微创手术操作专家数据库、进行微创手术机器人自动手术研究的基础。针对所设计的对称型、丝传动微创手术机构,通过对其各个自由度的运动分析,根据快换装置驱动轮主动角、检测角、反向运动补偿角、微创手术机构关节角之间的函数关系,构建了基于驱动轮检测角的微创手术机构关节角模型。基于该模型,实现了根据快换装置驱动轮检测角进行微创手术机构运动轨迹分析的目的,解决了丝传动微创手术机构由于径向尺寸小、关节多、运动复杂,很难通过关节角检测实现其运动轨迹分析的难题。

摘要：为了辅助医生更好地完成显微外科手术,开发了一种主从异构的显微外科手术机器人系统———“妙手”系统.“妙手”系统的主手为商业化的Phantom Desktop主手,从手为针对显微外科血管缝合而设计的“妙手”从手.从手包括位置机构和姿态机构.位置机构通过丝传动实现双四连杆机构的运动特性;姿态机构采用三轴交汇于一点的设计思想.通过分析双四连杆机构的运动特性,根据Angeles运动灵活度指标对双四连杆机构进行了优化.结果表明:当双四连杆机构前三级杆等长且I级杆与III级杆垂直时,机构运动灵活度取最大值.

摘要：为解决现有机器人辅助微创手术系统的力反馈难题,在对开口手术、手工微创手术、机器人微创手术工作空间、自由度、运动映射关系等特性进行对比分析基础上,通过对现场医生和控制台医生的重新分工,提出一种新型的机器人辅助微创手术系统。针对该系统设计了一种新型丝传动微创手术机构。该机构采用对称式结构,通过丝传动实现对称位置机构的镜向运动映射、对称姿态机构的中心运动映射,从而实现微创手术工具手柄与末端执行器之间的一致运动映射。该机构不仅能够保证系统操作的直观性,而且可实现系统的力反馈功能。

摘要：随着微创机器人的广泛应用,其配备的手术器械也成了研究热点。丝传动因有远程交错传动、小型化和传动平稳的特点常用于微创手术器械的研制中,但有变传动比和摩擦损失的问题。因此,基于复合传动理论引入能传递交错轴运动且有定传动比和传动平顺等特点的面齿轮,将丝传动与齿轮传动进行组合配置,进行微创机器人手术器械的研制。通过结构设计、运动学和工作空间分析以及样机的运动实验,验证了器械复合传动的合理性。

摘要：微创手术机器人的开发对微创手术技术的推广具有重要意义,本文针对操作手的应用需求,设计了一种四自由度丝传动微创手术器械,4个自由度分别是:肘关节自转、腕关节俯仰、指关节俯仰和手指的开合。该器械结构对手术器械整体结构、末端执行器、丝传动结构和驱动系统进行了设计,并进行了钢丝绳及电机选型。

摘要：目前乳腺癌活检和近距离治疗在癌症治疗领域是难以解决的问题。针对此问题设计了一种基于丝传动的核磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)引导的高精度乳腺穿刺机器人系统,并设计了一种新的丝传动绕丝方式,解决了丝传动运动过程中出现的脱丝及绕丝错乱等问题,利用D-H方法推导了机器人的运动学正解,并得到了其工作空间,结果满足设计要求。