泌尿微创手术机器人结构设计及其运动学分析
|
摘要
传统泌尿微创手术时间长、医生劳动强度大,机器人的介入可有效提高该类手术效率、精准度及安全性.基于D-H参数法建立机器人运动学模型,进而对泌尿微创手术机器人进行正向运动学和逆向运动学分析,最后采用蒙特卡洛法在MATLAB软件中分析并生成机器人及其末端执行器的三维工作空间图.仿真结果表明,泌尿微创手术机器人结构设计合理且工作空间大,能够满足手术要求,为此类机器人的进一步研究奠定了一定的理论基础。
Traditional minimally invasive surgery of urology takes a long time and doctors work hard.Interventional robot can improve the efficiency,precision and safety of this kind of surgery effectively.The kinematics model of robot was established based on D-H parameter method.Then the forward kinematics and reverse kinematics of the Urinary Minimally Invasive Surgery Robot were analyzed.Finally,Monte-Carlo method is used to analyze and generate the the robot and 3-D workspace diagram of its end-effector in MATLAB software.The results of simulation show that the structure design of Urinary Minimally Invasive Surgery Robot are reasonable and it has large working space,and it meets the requirements of surgery.This robot has laid a certain theoretical foundation for the further research of this kind of robot.
Traditional minimally invasive surgery of urology takes a long time and doctors work hard.Interventional robot can improve the efficiency,precision and safety of this kind of surgery effectively.The kinematics model of robot was established based on D-H parameter method.Then the forward kinematics and reverse kinematics of the Urinary Minimally Invasive Surgery Robot were analyzed.Finally,Monte-Carlo method is used to analyze and generate the the robot and 3-D workspace diagram of its end-effector in MATLAB software.The results of simulation show that the structure design of Urinary Minimally Invasive Surgery Robot are reasonable and it has large working space,and it meets the requirements of surgery.This robot has laid a certain theoretical foundation for the further research of this kind of robot.
引文
[1]林良明.机器人辅助微创外科手术的发展[J].中国医疗器械信息,2003,9(2):16-18.
[2]唐实,任淑霞,王佳欣,等.基于虚拟VR技术的心脏医疗辅助系统的设计与应用[J].软件,2018,39(6):23-25
[3]Munoz V F,Vara-Thorbeck C,DeGabriel J G,et al.A Medical Robotic Assistant for Minimally Invasive Surgery[C]//IEEEInternational Conference on Robotics and Automation.San Francisco,CA:IEEE,2000:2901~2906.
[4]冯美,付宜利,潘博,等.腹腔微创手术机器人末端执行机构的设计和实现[J].机器人,2009,31(1):47-52.
[5]Robinson T N,Stiegmann G V.Minimally Invasive Surgery[J].Endoscopy,2004,36(01):48~51.
[6]郑华民.微创外科的进展和发展趋势[J].中国实用外科杂志,2002,22(1):16-17.
[7]王振华,洪鹰,王国栋,等.主从式微创外科手术机器人主手设计[J].机械科学与技术,2006,25(5):542-544.
[8]杜志江,孙立宁,富历新.机器人辅助医疗技术的新进展[J].高技术通讯,2003,13(6):106-110.
[9]吴俊.六自由度双臂机器人动力学分析与运动控制[J].软件,2017,38(03):128-132.
[10]梁香宁.Delta机器人运动学建模及仿真[D].太原:太原理工大学,2008.
[11]李慧霞,高梓豪.室内智能移动机器人规则物体识别与抓取[J].软件,2016,37(02):89-92
[12]伍经纹,徐世许,王鹏,宋婷婷.基于Adams的三自由度Delta机械手的运动学仿真分析[J].软件,2017,38(06):108-112.
[13]陈曦斌,焦明海,刘昊汧,等.移动机器人养老服务路径规划的粒子群算法研究[J].软件,2018,39(6):135-138
[14]单以才.机器人机械操作臂的模块化设计及其控制的研究[D].扬州:扬州大学,2003.
[15]韦攀东,李鹏飞,王晓华,等.抓取柔软织物多指灵巧手的建模与仿真[J].西安工程大学学报,2016,30(3):300-305.
[16]哈乐,王东辉.基于D-H参数方法的微创手术机器人运动仿真研究[J].医疗卫生装备,2014,35(11):19-21.
[17]何志锋,朱坚民,宋成利,等.微创外科手术机器人运动学分析与研究[J].计算机仿真,2014,31(4):412-415.
[18]王汉飞,刁燕,罗华,等.微创手术机器人灵活工作空间的分析与优化[J].机械制造,2016,54(6):23-25.
[19]唐粲,贠超,栾胜.一种新型医疗机器人运动学及灵活性分析[J].北京航空航天大学学报,2005,31(7):748-752.
[20]宋伟刚,柳洪义.机器人技术基础[M].第2版.北京:冶金工业出版社,2015:51-52.
[21]蔡蒂,谢存禧,张铁,等.基于蒙特卡洛法的喷涂机器人工作空间分析及仿真[J].机械设计与制造,2009(3):161-162.
[22]徐小龙,高锦宏,王殿君,等.基于MATLAB的七自由度机器人运动学及工作空间仿真[J].新技术新工艺,2014(5):21-24.
[23]苑丹丹,邓三鹏,王仲民.基于蒙特卡洛法的模块机器人工作空间分析[J].机床与液压,2017,45(11):9-12.
[2]唐实,任淑霞,王佳欣,等.基于虚拟VR技术的心脏医疗辅助系统的设计与应用[J].软件,2018,39(6):23-25
[3]Munoz V F,Vara-Thorbeck C,DeGabriel J G,et al.A Medical Robotic Assistant for Minimally Invasive Surgery[C]//IEEEInternational Conference on Robotics and Automation.San Francisco,CA:IEEE,2000:2901~2906.
[4]冯美,付宜利,潘博,等.腹腔微创手术机器人末端执行机构的设计和实现[J].机器人,2009,31(1):47-52.
[5]Robinson T N,Stiegmann G V.Minimally Invasive Surgery[J].Endoscopy,2004,36(01):48~51.
[6]郑华民.微创外科的进展和发展趋势[J].中国实用外科杂志,2002,22(1):16-17.
[7]王振华,洪鹰,王国栋,等.主从式微创外科手术机器人主手设计[J].机械科学与技术,2006,25(5):542-544.
[8]杜志江,孙立宁,富历新.机器人辅助医疗技术的新进展[J].高技术通讯,2003,13(6):106-110.
[9]吴俊.六自由度双臂机器人动力学分析与运动控制[J].软件,2017,38(03):128-132.
[10]梁香宁.Delta机器人运动学建模及仿真[D].太原:太原理工大学,2008.
[11]李慧霞,高梓豪.室内智能移动机器人规则物体识别与抓取[J].软件,2016,37(02):89-92
[12]伍经纹,徐世许,王鹏,宋婷婷.基于Adams的三自由度Delta机械手的运动学仿真分析[J].软件,2017,38(06):108-112.
[13]陈曦斌,焦明海,刘昊汧,等.移动机器人养老服务路径规划的粒子群算法研究[J].软件,2018,39(6):135-138
[14]单以才.机器人机械操作臂的模块化设计及其控制的研究[D].扬州:扬州大学,2003.
[15]韦攀东,李鹏飞,王晓华,等.抓取柔软织物多指灵巧手的建模与仿真[J].西安工程大学学报,2016,30(3):300-305.
[16]哈乐,王东辉.基于D-H参数方法的微创手术机器人运动仿真研究[J].医疗卫生装备,2014,35(11):19-21.
[17]何志锋,朱坚民,宋成利,等.微创外科手术机器人运动学分析与研究[J].计算机仿真,2014,31(4):412-415.
[18]王汉飞,刁燕,罗华,等.微创手术机器人灵活工作空间的分析与优化[J].机械制造,2016,54(6):23-25.
[19]唐粲,贠超,栾胜.一种新型医疗机器人运动学及灵活性分析[J].北京航空航天大学学报,2005,31(7):748-752.
[20]宋伟刚,柳洪义.机器人技术基础[M].第2版.北京:冶金工业出版社,2015:51-52.
[21]蔡蒂,谢存禧,张铁,等.基于蒙特卡洛法的喷涂机器人工作空间分析及仿真[J].机械设计与制造,2009(3):161-162.
[22]徐小龙,高锦宏,王殿君,等.基于MATLAB的七自由度机器人运动学及工作空间仿真[J].新技术新工艺,2014(5):21-24.
[23]苑丹丹,邓三鹏,王仲民.基于蒙特卡洛法的模块机器人工作空间分析[J].机床与液压,2017,45(11):9-12.