胸外科辅助医疗机械手的设计与.

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械手结构的设计和分析

机械手腕部的结构分析
机器手手腕的自由度数，应根据作业需要来设计。机器手手腕自由度数目愈多，各关节的运动角度愈大，则机器手腕部的灵活性愈高，机器手对对作业的适应能力也愈强。
机器手手腕要与末端执行器相联，因此，要有标准的联接法兰，结构上要便于装卸末端执行器。
机器手的手腕机构要有足够的强度和刚度，以保证力与运动的传递。
为了减轻机器手运动部分的惯量，提高机器手的控制精度，一般腰部回转运动部分的壳体是由比重较小的铝合金材料制成，而不运动的基座是用铸铁或铸钢材料制成。
腰部结构要便于安装、调整。
机械手腰座结构的设计要求分析
机械手腰座结构的具体采用方案
腰座回转的驱动形式要么是电机通过减速机构来实现，要么是通过摆动液压缸或液压马达来实现，目前的趋势是用前者。因为电动方式控制的精度能够很高，而且结构紧凑，不用设计另外的液压系统及其辅助元件。考虑到腰座是机器手的第一个回转关节，对机械手的最终精度影响大，故采用电机驱动来实现腰部的回转运动。一般电机都不能直接驱动，考虑到转速以及扭矩的具体要求，采用大传动比的齿轮传动系统进行减速和扭矩的放大。
直角坐标机器手结构
圆柱坐标机器手的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的，这种机器手构造比较简单，精度还可以，常用于搬运作业。其工作空间是一个圆柱状的空间。
圆柱坐标机器手结构
球坐标机器手的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的，这种机器手结构简单、成本较低，但精度不很高。主要应用于搬运作业。其工作空间是一个类球形的空间。
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机械手腰座结构的分析
腰部的回转运动要有相应的驱动装置，它包括驱动器。驱动装置一般都带有速度与位置传感器，以及制动器。
腰座要有足够大的安装基面，以保证机器手在工作时整体安装的稳定性。

一种医疗机器人主操作手设计与

一种医疗机器人主操作手设计与工作空间分析摘要现如今，在科技大力发展的前提下，也为医学界带了不少福音，这其中，微创手术，相较于传统手术，成为了外科界所追求的一种手术境界。

也正因此，外科的传统手术在逐步发展起来，慢慢向微创手术转型。

毕竟对医学界而言，医学持续发展的根本主题，就是在解决患者痛苦，治愈患者伤病的同时，能最大程度的减少为患者带来的创伤。

而微创手术机器人正是这样的环境下发展起来的，并逐渐步入了人们的视野，应用优势日益显现。

而微创手术机器人和医生之间的联系，就是通过主操作手来控制界面实现的，所谓的主操作手，可以说就是实现人机交互的重要手段。

医生在操作微创手术机器人进行手术的过程中，主操作手的作用极其重要，可以通过操作来获取到手术需要的器械，因此主操作手的性能指标，就非常重要，会对手术的最终结果造成一定的影响。

只有确保主操作手具有良好的性能，才能使微创手术机器人在医疗领域的运用发挥重要作用。

本文的主要内容如下：根据医生在手术过程中的手臂操作、动作特点和空间距离，结合医生主操作手的标准姿势及性能要求，来对该行为进行具体的设计。

设计完成以后，结合D-H算法对该设计进行相应的验证和求解，从而完成对整个操作流程的仿真模拟、场景分析。

文章的末尾对操作手的具体结构组织进行了设计，并对主操作手的各关节结构所遇到的问题进行了方案研究，最终完成了主操作手的技术设计图。

关键词：医疗仿真；运动学理论；结构设计目录第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2微创外科手术 (1)1.3主从式微创手术机器人研究现状 (2)1.4 医疗机器人主操作手国内外发展状况 (4)1.4.1国外主操作手研究现状 (4)1.4.2国内主操作手研究现状 (5)1.5选题的目的及意义 (6)1.6本文的主要内容 (6)第二章主操作手方案设计 (8)2.1引言 (8)2.2主操作手的结构设计及分析 (8)2.2.1主操作手设计要求 (8)2.2.2主操作手的结构设计 (10)第三章主操作手运动学分析与仿真 (14)3.1 引言 (14)3.2主操作手运动学模拟 (14)3.3 主操作手正运动学 (15)3.4主操作手工作空间分析 (17)第四章主操作手的结构设计 (20)4.1引言 (20)4.2主操作手设计 (20)4.2.1结构传动原理设计 (20)4.2.2机构设计 (23)4.3电机的选择 (27)第五章全文总结 (29)5.1全文总结 (29)5.2研究展望 (29)第一章绪论1.1引言当下是一个网络快速发展科技也快速发展的时机，互联网的发展给我们的生活带来了重大的改变，同时也带动了各行各业的信息化发展，机器人的发展也得到了推动。

机器人辅助胸腔镜技术应用于胸外科初步经验

【关键词】胸外科；
达芬奇机器人外科人工智能辅助手术系统；
胸腔镜微创手术
ＴｈｉｓｈｎｓｘｅｉｎｅｆｄｎｉｐｒｔｇｒｂｔｉｈｒｃｓｏｉｕｇｒＨＵｉ，ｅｆｔＣｉｅｅｅｐｒｅｃｓｏａＶｉｃＴｏｅａｉｏｏｎｔｏａｏｃｐｃｓｒｅｙｒＭｎＡＮＧＪａ
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ＬＯＱｎ —ｕｎＡＮｎｔ，ＺＡ０Ｘｏ－ｎ，ＭＡｅｇＡＱａｇｌｏ，ＣＥＷｅ —ｕＵｉｑａ，ＦＧＷｅ— ｏＨｉｊｇｇｏｉ０Ｔｎ，ＴＮｉ，ＬＮＨｏｎＨＮｎｈ．Ｄｐｒｎｏｈｒｃｕｇｒ，ＳａｇａＪｔｎｅａｔｔｆＴｏａｉＳｒｅｙｈｎｈｉｉｏｇｍｅｃｏ
２０３０，Ｃｎ０ＨｓｉｌＳａｇａｆｌｄＳａｈｉｅｔｏｐｔ，ｈｈｉｉ￣ｎＣａｎ

机械手的设计

机械手的设计机械手是一种具有高度灵活性和准确性的自动化设备，广泛应用于工业生产线、医疗手术、装配和包装等领域。

机械手的设计需要考虑多方面因素，包括机械结构、电气控制和运动学算法等，下面我将从这几个方面详细介绍机械手的设计。

一、机械结构机械结构是机械手设计的核心，主要包括机械臂、关节和执行器三部分。

机械臂是机械手的主体，负责完成各种运动和动作。

关节是连接机械臂的组件，能够使机械臂在多个方向进行运动。

执行器负责将机械臂传输的运动信号转化为物理动作，例如抓取、旋转等。

机械结构的设计需要考虑以下因素：1. 功能需求：根据机械手的应用需求，确定机械手需要具备哪些功能和动作，例如抓取、旋转、移动等。

2. 机械臂的结构：机械臂的结构决定了机械手的可达性、波动和抗外力等性能。

通常有三种设计方式：串联式、并联式和混合式。

3. 关节和执行器选型：需要考虑负载、精度、速度、控制方式等因素，选择合适的关节和执行器。

4. 材料选择和加工：需要根据机械手的负载、速度和精度要求，选择合适的铝合金、碳纤维等材料，并采用先进的加工技术进行制造。

二、电气控制电气控制是机械手的另一个重要组成部分。

它负责将机械手进行的任何运动和动作转换为电信号，从而实现自动化控制和精确调节。

电气控制主要包括传感器、执行器和控制系统三个方面。

电气控制的设计需要考虑以下因素：1. 传感器：传感器能够感知机械手周围的环境信息，例如位置、速度、力矩等。

需要选择合适的传感器，避免传感器数据的误差，提高机械手的运动精度和稳定性。

2. 执行器：执行器是将电信号转换为物理动作的组件。

采用先进的执行器能够提高机械手的运动速度和精度。

3. 控制系统：控制系统是机械手的大脑，负责控制机械手的运动和动作。

需要采用先进的控制系统来保证机械手的运动稳定性和精度。

三、运动学算法运动学算法是机械手设计的重要组成部分。

它的作用是根据机械手的运动学模型，计算机械手各关节的运动轨迹和角度，从而实现机械手的各种动作和运动。

医用手术机械臂的设计与操作控制

医用手术机械臂的设计与操作控制一、引言随着科技的不断进步，医疗领域也迎来了新的发展机遇。

医用手术机械臂作为一项重要的医疗设备，为医生的手术操作提供了巨大的帮助。

本文将就医用手术机械臂的设计与操作控制进行深入探讨。

二、医用手术机械臂的设计1. 结构设计医用手术机械臂的结构设计通常采用多关节的机械臂形式，以模拟人体手臂的自由度和灵活性。

机械臂的结构需要确保足够的稳定性和精确度，同时要考虑到机器人的尺寸和操作空间限制。

另外，机械臂的外部材质也需要采用符合医学要求的材料，以确保在手术过程中的安全性和卫生性。

2. 动力系统设计医用手术机械臂的动力系统通常由电动机和传动机构组成。

电动机负责带动机械臂的关节运动，传动机构则用于传递电动机产生的动力。

在设计动力系统时，需要考虑到机械臂运动的平稳性和精确性，同时要充分考虑手术过程对动力系统的要求，确保在高精度操作下的准确性和稳定性。

3. 传感器设计传感器在医用手术机械臂中起着至关重要的作用。

通过传感器可以对机械臂进行实时的位置和力量监测，以实现对手术过程的控制和调整。

在传感器的选择和设计上，需要充分考虑到传感器的灵敏度、稳定性和适应性等因素，以满足医用手术机械臂在手术过程中的实际需求。

三、医用手术机械臂的操作控制1. 控制原理医用手术机械臂的操作控制原理是基于先进的控制算法和传感器反馈机制。

通过对机械臂的位置、力量和速度等参数进行实时监测和调整，医生可以准确地操作机械臂完成手术过程。

在操作控制原理的设计上，需要考虑到手术的安全性和准确性，提供良好的操作体验。

2. 控制系统设计医用手术机械臂的控制系统设计需要结合具体的手术需求和机械臂的功能特点。

控制系统通常由硬件和软件两部分组成。

硬件方面包括控制器、传感器和执行机构等，软件方面包括控制算法和用户界面等。

在设计控制系统时，需要充分考虑到实时性、稳定性和可操作性等因素，以提供稳定而准确的手术控制能力。

3. 操作界面设计医用手术机械臂的操作界面设计直接关系到医生的手术操作体验。

胸外科护理用辅助换药设备的制作方法

本技术涉及医疗器械技术领域，具体为胸外科护理用辅助换药装置。

包括床体，所述床体包括旋转床板、手臂托架和辅助装置；所述旋转床板包括第一旋转板、第二旋转板及其第一控制机构；所述手臂托架包括手臂控制机构和限位机构；所述辅助装置包括药品放置台、废物收集桶及其动力传动机构；手臂控制机构包括定位机构和按摩机构，定位机构可对患者手部进行定位，防止患者换药过程中胡乱摆动；气囊的设计让患者在接受治疗过程中得到一定的压力释放，当患者用力握气囊时可带动手臂按摩装置对患者手臂接触部分进行按摩，防止因为刀口过长，换药时间长导致的患者手部接触部分麻木。

本技术极大地减轻了医护人员的工作难度。

技术要求1.胸外科护理用辅助换药装置，其特征在于：包括床体，所述床体包括支撑架和与支撑架连接的床板，所述床板包括第一旋转板(1)和第二固定板(2)；所述支撑架上固接有支撑板，所述支撑板上固接有壳体，所述壳体内滑动连接有药品放置台(10)；所述壳体内设置有与药品放置台(10)相配合的动力传动机构；所述动力传动机构包括第一动力传动机构、第二动力传动机构和第三动力传动机构；所述第一旋转板上设置有手臂托架，所述手臂托架包括第一旋转板上转动连接的螺纹杆(33)，所述螺纹杆(33)上螺接有与第一滑条(34)滑动连接的第二滑条(35)，所述第二滑条(35)上转动连接有手臂托架，所述手臂托架上连接有按摩机构和定位机构。

2.根据权利要求1所述的胸外科护理用辅助换药装置，其特征在于：所述床体上转动连接有第二旋转柄(4)，所述床体上转动连接有第一主动锥齿轮(7)，所述第一主动锥齿轮(7)与第二旋转柄(4)同轴固接，所述床体上转动连接有第一从动锥齿轮(8)，所述第一从动锥齿轮(8)与第一主动锥齿轮(7)相啮合；所述床体内转动连接有一对升降螺杆(5)，所述升降螺杆(5)之间通过皮带连接；所述升降螺杆(5)一端与第一从动锥齿轮(8)同轴固接，所述第一旋转板(1)上转动连接有螺杆套筒(89)，所述螺杆套筒(89)与升降螺杆(5)相啮合；可通过转动第二旋转柄(4)调节第一旋转板(1)转动。

微创手术机器人主操作手设计与优化

微创手术机器人主操作手设计与优化
刘芬;宋立强;黄芳;韩瑞;桑宏强
【期刊名称】《机械传动》
【年(卷),期】2024(48)5
【摘要】主操作手作为机器人辅助微创外科手术中人机交互的唯一接口,提高其灵活性和紧凑性,对手术效果具有重要意义。

设计了一款8自由度(Degree Of Freedom,DOF)串联型主操作手,其能够实现位置、姿态和开合力矩输出。

采用改进的D-H参数法和解析法,分别建立了主操作手正运动学和逆运动学模型,并通过蒙特卡洛法分析了主操作手工作空间,验证了其设计要求;求解了主操作手雅可比矩阵,基于全局灵巧度指标和工作空间利用率指标,定义了主操作手的综合性能指标;利用遗传算法对主操作手的关键连杆尺度参数进行了优化。

结果表明,优化后主操作手的综合性能指标相对于优化前提高了18.41%;主操作手在满足工作空间设计要求的基础上,机构更加紧凑且具备了良好的运动性能。

【总页数】9页(P54-61)
【作者】刘芬;宋立强;黄芳;韩瑞;桑宏强
【作者单位】天津工业大学机械工程学院;天津市现代机电装备技术重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】TP2
【相关文献】
1.基于多目标结构参数优化的微创手术机器人设计
2.微创腹腔外科手术机器人主操作手优化与分析
3.微创手术机器人被动式关节设计和优化
4.微创手术机器人主从运动控制系统设计
5.微创手术机器人主手多目标优化与冗余关节规划
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智能医疗机械手的分析与设计

智能医疗机械手的分析与设计摘要：随着21世纪生物技术高速发展，随着人们对生物体认识的深入，仿生智能机械应用也将有更光明的前景。

仿生智能机械手可以在医生的监控或操作下，按照即定的方案，高精度地、高可靠地实施手术，并在规定的时限内完成。

仿生智能机械手的应用可以为医院病人带来福音。

关键词：仿生机器人；智能；机械手；医疗；1.引言假肢是医疗领域最早使用仿生智能机械手，随着技术的发展，出现了可以模仿人手做绝大部分的操作的仿生机器手，使用方便、灵活。

在外科手术里，医生需要长时间地或在有限的时间内完成一系列复杂精确的操作。

仿生智能机械手是一种仿人机械，可以在医生的监控或操作下，按照即定的方案，高精度地、高可靠地实施手术，并在规定的时限内完成。

仿生智能机械手的应用可以为病人带来福音。

现代社会、科技的高速发展推动着机械产业的发展，对其自身结构、能量消耗或者运动的可靠性提出了更为严苛的要求。

在环境优胜劣汰法则的作用下，自然界存在拥有神奇的特性与功能各种各样的生物。

仿生智能机械手就是模仿人手的形态、结构和控制原理而诞生。

人手共有27个自由度，可以精确定位并做出复杂精细的动作。

仿生智能机械手可以通过模仿人类手部的动作，并依照智能控制系统给定的程序而实现智能化的手部抓取、搬运等复杂动作的自动机械装置。

在中国，医疗类自动控制机械设备的研究和应用起步较晚，然而近年来随着国内外自动控制和智能控制技术的快速发展，以及医院等医疗机构的迫切需求，智能机械手的应用得到了迅速的发展。

智能控制技术可以建立柔性程序控制系统，从而实现医疗机械手的高精度控制。

2.结构简介2.1.基本结构本文设计的医疗机械手由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成。

手部用来抓取刀具，由手指传力机构和驱动装置等组成。

仿生机械手的手部结构一般以双指或者多指结构为基础；如果根据实现的不同任务动作要求，又被分成以下两种结构形式：外抓和内抓；如果根据仿生机械手的手部的运动形式又可以分为回转式和平移式，其中回转型又分为以下几种形式：单支点式，双支点式。

医用机械手设计构想

人诊治的规范化、程序化和自动化。通过对医用机械手工作原理的分析、结构的设计，构想一种能够模仿人手的某些动
作，按照患者的个体治疗差异，编制不同的动作程序，进行各种医疗器械的抓取、传递及回收工作的自动机械装置。关键词：医用机械手；液压传动；液压臂杆
一
作者简介：虎城（９３）男，毋１６一，河南焦作人，高级讲师，主要从事机械制造、液压传动与控制方面的教学以及机械设备的设计等工作，已发表论文１０余篇。１２
《装备制造技术）０２２１年第３期
压马达作为系统动力的执行装置，同时用换向阀控制液压缸和液压马达的启停，现规定的定位目标。实由于液压装置工作比较平稳，相同体积下，压装在液置能比电气装置产生出更大的动力。在同等功率下液压装置的体积小，质量小，其功率大，结构紧凑。
图１医用机械手结构示慝图
（）１执行机构。医用机械手执行机构，主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持医疗器械（工或
１ Байду номын сангаас用机械手的组成
１１工作原理．
医用机械手主要由执行机构、传动机构、驱动机构和操作机构等组成，采用液压传动方式来实现执行机构的相应动作。在各个时间段，按预先规定程序进行医疗操作，并达到不同速度和精确动作的要求，同时，利用换向阀对执行机构发出指令，从而使执行
中图分类号：Ｐ４Ｔ２文献标识码：Ａ文章编号：６２５５（０２０－０２０１７ — ４Ｘ２１）３０１ — ２