摘要：微创手术给外科机器人提出了较高的灵活性要求,但是机器人很难具有完全灵活的工作空间.首先提出象限分割的方法,即把手术工作空间分割为8个象限,确定微创外科机器人所需灵活工作空间只需要为手术工作空间的1/8.然后,给出微创外科机器人灵活工作空间与工作空间之间的解析关系,从而确定机器人的运动学参数.在此基础上,对自行设计的微创外科机器人结构进行了运动学参数优化设计.这种方法有效降低了微创外科机器人的灵活性要求,解决了机器人结构尺寸与灵活性之间的矛盾.

摘要：分析了目前微创外科机器人关节锁紧机构的发展现状和存在的问题,讨论了机器人关节摩擦力矩产生的机理以及影响摩擦力矩的因素.针对当前医疗机器人锁紧结构不足之处,基于关节摩擦理论,提出并设计了三种不同形式的CT导航微创外科机器人关节锁紧结构,分别阐述了它们的工作原理和实现形式.通过对不同结构的性能对比实验,确定采用基于外摩擦环的机器人关节锁紧结构,并初步验证基于该结构的机器人系统可以满足CT导航微创外科临床手术需求.

摘要：针对微创手术对机器人提出的高灵活性要求,设计出一种具有混联结构的微创外科手术机器人,并通过灵活工作空间分析进行结构优化,为合理布置手术切口及规划手术路径,利用末端手术工具服务球和服务区进行工作空间灵活性分析,通过数值解得到混联机器人工作空间内任意点的灵活度,并绘制出工作空间水平截面灵活性分布图,为手术切口位置和工具杆末端运动路径提供工作数据;再以工作空间水平截面灵活度大于0.85的灵活点数目作为评价指标,定量分析了姿态机构腕关节转角范围及手术工具杆长度对灵活性的影响,为微创外科混联机器人的结构优化提供了计算依据。仿真对比和优化后的实物实际运动结果均证明了该混联机器人可满足微创手术的灵活性要求。

摘要：针对现有微创外科手术机器人缺乏力感知和力反馈问题,提出了基于外力观测器的微创机器人鲁棒滑模双边力反馈控制结构。设计了非线性外力观测器,用于实现主从机器人的外力观测。为获得准确的外力观测,需要对摩擦和扰动进行补偿,确定关节摩擦为Stribeck模型,采用遗传算法对模型中参数予以辨识,采用等效法对扰动进行补偿。为实现准确的轨迹跟踪和保证系统的稳定性,设计了鲁棒滑模控制器。通过仿真和实验对所提出的控制结构进行了验证,结果表明所提出的双边力反馈控制结构,能够实现无力传感器下外力的准确观测,同时具有仅通过位置.位置的硬件结构获得位置.力硬件结构的优点,为无力传感器下的主从运动控制奠定了研究基础。