椎板磨削手术机器人的设计与研究

摘要

伴随着医疗水平的不断提高，外科技术也在不断的提高，允许医生失误的程度越来越小，而传统的脊柱外科手术都是有医生手动操作来完成的，医生必须要有有较好的心理素质，而且需要有丰富的手术经验，医生在手术中稍微不加注意就会出现错误的操作，所以脊柱微创手术机器人发展可以改变医生操作的不稳定性。
　　椎板减压开窗术是脊柱外科手术中非常重要的术式之一，为了改善过去医生单凭主观判断和手术经验来完成手术操作状况的不稳定性，本文主要设计了一种适合椎板开窗减压手术的椎板磨削手术机器人系统。
　　对椎板磨削手术机器人进行了结构设计，其主要包括一个五自由度的小型机械臂和一个进给装置，通过solidworks完成了磨削装置的三维建模及样机加工。
　　通过采用D-H法对机器人进行了正运动学的求解，采用逆推法进行了逆运动学的求解，通过微分变换法求得了机器人的雅可比矩阵，并利用matlab通过迭代的方法分析了机器人的工作空间。
　　其次主要介绍控制平台的搭建，首先介绍了控制系统的硬件结构，并分别介绍了控制系统各组成原件，然后对伺服电机及减速器的选型进行了详细的介绍。最后对控制软件的功能进行了介绍。
　　为了满足磨削的稳定性，对磨削路径进行了轨迹规划，分别介绍了关节空间轨迹规划法及笛卡尔空间轨迹轨迹规划法，最后采用笛卡尔空间轨迹规划法中的三次样条插值对其磨削路径进行轨迹规划，并进行了三次样条曲线仿真验证。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 课题来源及主要研究内容

第2章 椎板磨削机器人结构设计

2．1 引言

2．2 手术背景

2．3 总体设计

2．4 手术机器人结构设计

2．4 有限元关键部件校核

2．5 小结

3．1 引言

3．2 坐标系建立

3．2．1 确定各连杆D-H参数和关节变量

3．3 运动学正解

3．4 手术磨削机器人的逆运动学

3．5 机器人的雅克比矩阵

3．5．1 定义

3．5．2 雅可比矩阵的求法

3．5．3 微分变换法求机器人的雅可比矩阵

3．6 工作空间分析

3．7 小结

第4章 控制平台搭建

4．1 引言

4．2 机器人控制系统硬件结构

4．2．1 电机选型

4．3 控制软件界面

4．4 小结

第5章 轨迹规划

5．1 引言

5．2 关节空间轨迹规划

5．2．1 三次多项式插值

5．2．2 过路径点的三次多项式插值

5．2．3 高阶多项式插值

5．3 笛卡尔空间轨迹规划

5．3．1 空间直线插补

5．3．2 空间圆弧插补

5．3．3 三次样条插值

5．4 三次样条函数插值仿真

4．5 小结

结论

致谢

参考文献

作者简介

发表论文和参加科研情况说明