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用于受限空间下的前列腺针刺手术机器人

王富刚 时运来 林瑜阳 张军

王富刚, 时运来, 林瑜阳, 张军. 用于受限空间下的前列腺针刺手术机器人[J]. 机械科学与技术, 2020, 39(2): 174-179. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190097
引用本文: 王富刚, 时运来, 林瑜阳, 张军. 用于受限空间下的前列腺针刺手术机器人[J]. 机械科学与技术, 2020, 39(2): 174-179. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190097
Wang Fugang, Shi Yunlai, Lin Yuyang, Zhang Jun. Robot Design of Prostate Needle-insertion Surgery for Restricted Space[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(2): 174-179. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190097
Citation: Wang Fugang, Shi Yunlai, Lin Yuyang, Zhang Jun. Robot Design of Prostate Needle-insertion Surgery for Restricted Space[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(2): 174-179. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190097

用于受限空间下的前列腺针刺手术机器人

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190097
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51275235

详细信息
    作者简介:

    王富刚(1994-), 硕士研究生, 研究方向为压电作动技术, wolfgang-d@foxmail.com

    通讯作者:

    时运来, 副教授, 博士, shiyunlai950438@nuaa.edu.cn

  • 中图分类号: TP242

Robot Design of Prostate Needle-insertion Surgery for Restricted Space

  • 摘要: 为了能够在核磁环境下进行前列腺针刺手术,在满足临床需求的基础上,运用多种类型的超声电机,设计了一种新型针刺手术机器人结构。首先基于RCM原理对针刺模块做了相关改进,增加了压电减摩装置可以减小针刺过程的摩擦阻力;然后通过D-H参数法求解了正逆运动学方程,并用蒙特卡洛法求解了机器人的工作空间;最后通过MATLAB软件对所求得的运动学方程进行了验证,对机器人关节运动性能进行了仿真。通过分析与验证,该机器人满足核磁环境下的设计需求。
  • 图  1  前列腺穿刺手术的空间分布

    图  2  机器人运动学简图

    图  3  机器人3D模型

    图  4  笛卡尔模块

    图  5  针刺模块

    图  6  针刺模块简图

    图  7  穿刺前后针的空间关系

    图  8  针刺机器人工作空间三维图

    图  9  机器人控制面板

    图  10  各关节运动关系

    表  1  机器人关节运动范围

    自由度 运动范围 运动需求
    X-方向 -30 mm~30 mm 自动
    Y-方向 -30 mm~30 mm 自动
    Z-方向 -20 mm~20 mm 自动
    俯仰角 -20°~20° 自动
    摆动角 -15°~15° 自动
    针刺深度 0~150 mm 自动或手动
    下载: 导出CSV

    表  2  机器人D-H参数

    序号 θi/mm di/mm ai-1/mm αi-1/rad
    1 0 d1 0 -π/2
    2 π/2 d2 0 π/2
    3 π/2 H1+d3 0 0
    4 π/2+θ4 d4 0 π/2
    5 π/2-θ5 0 a5 π/2
    6 0 L+d6 a6 0
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-01-22
  • 刊出日期:  2020-02-05

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