全方位前列腺活检机器人的结构设计及运动仿真

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前列腺活检机器人是机器人技术在前列腺手术领域的一次成功应用。随着我国生活水的不断提高，我国男性中前列腺发病率也在不断地上升。而传统的前列腺活检手术往往存在手术时间比较长，活检阳性率低和活检针数多的缺点，使病人在手术的过程中承受更多的痛苦。所以现在迫切需要一种体积小，低成本、精度高，易于医生操作并且能够实现全方位、多角度的前列腺活检机器人。本课题所研究的全方位前列腺活检机器人不仅可以满足目前市场的需要，也可以作为参考用于研究微创接入治疗领域。
　　根据活检机机器人手术的工作要求，运用 TRIZ理论的矛盾冲突矩阵和物质-场分析理论解决设计中的矛盾冲突，并且运用系统理论对前列腺活检机器人系统进行了升级。在此基础上，运用 TRIZ理论的模块化思想，把整个前列腺穿刺活检机器人看成是一个技术系统，它又包含两个子系统，分别是运动系统和扎针系统。每个系统采用模块化的设计思想，运动系统由3-DOF位置调整模块和2-DOF姿态调整模块组成，扎针系统由1-DOF进针模块和前端把持机构模块组成。其次，利用三维造型软件UG5.0进行了虚拟样机的建立，并将虚拟样机导入 ADAMS的AView模块，采用位移驱动的方式进行运动学的仿真，模拟了活检机器人手术的过程并且获得凸轮工作过程中的接触力的最大值。最后根据 D-H法和运动学基本知识对其进行了运动学分析。运用仿真法，在 Matlab/Simulink中建立机器人模型并且计算了机器人的工作空间。整体设计完成后，运用 ANSYS软件对整个机构进行了静力学分析找到受力最大的部件。对关键部件进行分析得到工作时的变形量，并且对其强度进行了校核。
　　通过对活检机器人的虚拟样机建模、运动学正逆求解、运动仿真、机器人总体静力学分析和局部的静力学分析，证明采用 TRIZ理论设计的全方位前列腺活检机器人方案可行，结构合理。

著录项

作者
刘峰;
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作者单位

哈尔滨理工大学;

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授予单位哈尔滨理工大学;
学科机械电子工程
授予学位硕士
导师姓名张永德;
年度 2012
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类机器人;男性生殖器手术;
关键词
结构设计; 运动仿真; 前列腺活检; 机器人;

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