微創(chuàng)機(jī)器人從手結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及運(yùn)動學(xué)分析
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此機(jī)構(gòu)的微型減速電機(jī)安置在滑塊上，安裝時(shí)要保證輸出軸線過圓弧軌道的圓心，其結(jié)構(gòu)簡單，驅(qū)動方便。所以在實(shí)現(xiàn)繞r軸的轉(zhuǎn)動中選用這種機(jī)構(gòu)。
v軸移動結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
可以實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動的機(jī)構(gòu)主要有：螺旋機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、有特定尺寸的四桿機(jī)構(gòu)、鏈傳動和齒輪-齒條機(jī)構(gòu)等幾種機(jī)構(gòu)。
v軸移動要求手術(shù)器械做往復(fù)直線運(yùn)動，結(jié)合各種機(jī)構(gòu)運(yùn)動特點(diǎn)，最后選用齒輪-齒條機(jī)構(gòu)。
齒條的一端用微型圓錐滾動軸承連接在手術(shù)器械上，一端卡在套筒上，此機(jī)構(gòu)手術(shù)器械便于拆裝。
v軸轉(zhuǎn)動和z軸擺動結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
手術(shù)器械自身的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：為了減輕手術(shù)器械自身的質(zhì)量，以及體積限制，盡量選用結(jié)構(gòu)比較簡單的結(jié)構(gòu)，并盡可能緊湊。v軸轉(zhuǎn)動選用微型減速電機(jī)直接帶動手術(shù)器械實(shí)現(xiàn)。微型減速電機(jī)安置在套筒上，再把套筒與齒條固連，如圖5所示。
1—微型減速電機(jī)； 2、3—8xm1；4—齒條；
5—套筒；6—678zz軸承； 7—微型減速電機(jī)。
圖5 v軸轉(zhuǎn)動和z軸擺動
z軸擺動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：為了減少進(jìn)入人體內(nèi)手術(shù)器械的直徑，把腕部的擺動控制系統(tǒng)設(shè)置在切口外部，這樣使控制部分與腕部有一定的距離，可以采用絲傳動來實(shí)現(xiàn)z軸擺動。不僅可以增加從手的精度和剛度，還能使從手結(jié)構(gòu)緊湊、自重輕、剛度高。
為了防止機(jī)構(gòu)運(yùn)動時(shí)引起末端工具的開合及其姿態(tài)的變化，絲傳動原理如圖6所示。
1—軸驅(qū)動軸；2、4—深溝球軸承；
3—鋼絲；5—末端工具。
圖6 走絲方法
運(yùn)動學(xué)分析
運(yùn)動學(xué)正解
按照d-h法嚴(yán)格建立桿件坐標(biāo)系及各關(guān)節(jié)的參數(shù)，分別如圖7和如表1所示。
表1 微創(chuàng)縫合機(jī)器人的d-h參數(shù)
圖7 微創(chuàng)縫合機(jī)器人結(jié)構(gòu)
然后根據(jù)各關(guān)節(jié)參數(shù)以及通過matlab進(jìn)行矩陣計(jì)算，可求得各桿系的轉(zhuǎn)換矩陣以及機(jī)器人末端在基礎(chǔ)坐標(biāo)系中的位姿矩陣,如公式1-6所示。
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