| 【中文题名】 | 腹腔镜机器人持镜手臂的虚拟仿真及详细结构设计 |
| 【英文题名】 | |
| 【学科专业】 | 机械设计及理论 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-7-19 |
| 【中关键词】 | 腹腔镜机器人,动力学,UG,虚拟样机,ADAMS,结构设计 |
| 【英关键词】 | Laparoscopic Robot,Dynamics,UG,Virtual Prototype,ADAMS,Structure Design, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>机器人技术>机器人>智能机器人 |
| 【论文摘要】 |
腹腔镜机器人是腹腔镜技术与机器人技术相结合的产物,是现代机器人研究领域的一个重要分支。腹腔镜机器人集人工智能、智能控制、腹腔镜手术、信息处理、图像处理等专业技术于一体,跨计算机、自动控制、机械、电子、医学等多学科,成为当前医疗机器人发展的一个重要方向。能够代替持镜手的机器人持镜系统是腹腔镜机器人系统最早的研究对象。本课题的主要工作就是完成腹腔镜机器人持镜手臂物理样机的设计制作,为腹腔镜机器人整机的设计开发迈开阶段性的、重要的一步。
文章通过查阅国内外大量的文献资料,在分析借鉴国外成型的腹腔镜机器人系统的基础上,提出了符合本国实际的腹腔镜持镜系统的设计方案,并给出了持镜手臂虚拟仿真的大量数据和物理样机的详细设计方法及技术资料。
本文首先对腹腔镜手术的全过程进行了全面的分析,根据术前、术中、术后的动作需要,提出了腹腔镜机器人持镜手臂的设计方案。并对持镜手臂进行数学建模,运动学、动力学分析,进而通过UG三维造型软件建立起持镜手臂的实体模型,其次将模型导入虚拟样机软件ADAMS中,与控制软件Matlab/Simulink的控制模块联合进行分析和仿真,建立腹腔镜机器人持镜手臂的虚拟样机。最后利... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
10-11 |
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ABSTRACT |
11-13 |
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第1章 绪论 |
13-18 |
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1.1 机器人的发展综述 |
13-14 |
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1.2 腹腔镜机器人的发展 |
14-16 |
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1.3 课题来源、意义、目的及研究内容 |
16-18 |
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1.3.1 课题提出背景和来源 |
16 |
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1.3.2 课题的意义和目的 |
16-17 |
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1.3.3 课题研究内容 |
17-18 |
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第2章 腹腔镜机器人持镜手臂的数学模型 |
18-32 |
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2.1 引言 |
18 |
|
2.2 腹腔镜手术相关技术分析 |
18-21 |
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2.2.1 腹腔镜手术过程分析 |
18-19 |
|
2.2.2 腹腔镜机器人手术系统组成分析 |
19-21 |
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2.3 持镜手臂的自由度需要和运动姿态分析 |
21-22 |
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2.4 机器人建模的数学基础 |
22-27 |
|
2.4.1 机器人的位置和姿态描述 |
22-23 |
|
2.4.2 坐标变换 |
23-25 |
|
2.4.3 齐次坐标变换 |
25-27 |
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2.5 腹腔镜机器人持镜手臂数学模型的建立 |
27-31 |
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2.5.1 利用D-H方法建立机器人坐标系 |
28-30 |
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2.5.2 持镜手臂数学模型的建立 |
30-31 |
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2.6 本章小结 |
31-32 |
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第3章 腹腔镜机器人持镜手臂的运动学和动力学分析 |
32-45 |
|
3.1 引言 |
32 |
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3.2 腹腔镜机器人持镜手臂运动学分析 |
32-36 |
|
3.3.1 微分运动与速度问题 |
32-34 |
|
3.3.2 腹腔镜机器人持镜手臂的雅可比矩阵 |
34-36 |
|
3.3 腹腔镜机器人持镜手臂动力学分析 |
36-44 |
|
3.4.1 速度和加速度分析 |
37-38 |
|
3.4.2 持镜手臂的拉格朗日动力学算法 |
38-42 |
|
3.4.3 持镜手臂的牛顿-欧拉动态平衡法 |
42-44 |
|
3.4 本章小结 |
44-45 |
|
第4章 腹腔镜机器人持镜手臂的虚拟仿真与分析 |
45-77 |
|
4.0 引言 |
45 |
|
4.1 虚拟样机技术的介绍 |
45-48 |
|
4.1.1 虚拟样机技术的概念 |
45-46 |
|
4.1.2 虚拟样机技术的相关技术 |
46-47 |
|
4.1.3 UG、ADAMS和MATLAB在虚拟样机技术的应用 |
47-48 |
|
4.2 基于UG的持镜手臂三维实体模型的建立与导出 |
48-51 |
|
4.2.1 UG软件的介绍 |
48 |
|
4.2.2 基于UG的持镜手臂三维实体模型的建立 |
48-49 |
|
4.2.3 三维模型的导出 |
49-51 |
|
4.3 基于ADAMS的持镜手臂仿真模型的建立 |
51-61 |
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4.3.1 ADAMS的软件介绍 |
51-53 |
|
4.3.2 ADAMS的建模功能 |
53-55 |
|
4.3.3 持镜手臂仿真模型的建立 |
55-61 |
|
4.4 基于Matlab/simulink的虚拟控制模型的建立 |
61-68 |
|
4.4.1 Matlab/simulink的介绍 |
62 |
|
4.4.2 控制模型与ADAMS仿真模型数据通讯的实现 |
62-68 |
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4.5 持镜手臂的虚拟仿真和优化处理 |
68-76 |
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4.5.1 ADAMS的相关功能简介 |
68-71 |
|
4.5.2 检验样机模型 |
71-72 |
|
4.5.3 持镜手臂的虚拟仿真分析和优化处理 |
72-76 |
|
4.5.4 产生AVI电影 |
76 |
|
4.6 本章小结 |
76-77 |
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第5章 基于UG的腹腔镜机器人持镜手臂详细结构设计 |
77-86 |
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5.1 引言 |
77 |
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5.2 持镜手臂结构参数的设计计算 |
77-82 |
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5.2.1 导入虚拟样机的仿真数据，进行受力分析 |
77-79 |
|
5.2.2 详细结构参数的设计计算 |
79-82 |
|
5.3 详细结构的实体建模 |
82-84 |
|
5.4 导出持镜手臂结构工程图 |
84-85 |
|
5.4.1 建立主模型图模板，设置模板 |
84 |
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5.4.2 导出结构工程图 |
84-85 |
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5.9 本章小结 |
85-86 |
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结论与展望 |
86-88 |
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6.1 结论 |
86-87 |
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6.2 工作展望 |
87-88 |
|
参考文献 |
88-91 |
|
致谢 |
91-92 |
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学位论文评阅及答辩情况表 |
92 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.383802 |
