紧凑型微创手术机器人的设计与实现.pdf

微创手术机器人是指专门用于执行微创手术的机器人系统，它通过高级的机械设计、传感器技术、控制算法和医学知识，将医生的操作转化为精确的手术动作，以减少对患者的创伤。在本篇研究中，我们看到研究者们着力于设计一种更为紧凑型的微创手术机器人系统，这项工作的意义不仅在于技术突破，更在于对于微创手术技术推广的促进作用。 研究团队深入分析了daVinci微创机器人体积庞大的原因。daVinci机器人作为一种广泛应用于微创手术中的机器人，其体积大小直接关系到手术室内空间的占用和手术的便捷性。通过研究，研究者们提出了一种通过增加双被动关节的方式，实现了机器人从操作手的紧凑设计。被动关节在此处的作用是能够在不需要驱动的情况下自由运动，从而在保持复杂操作能力的同时，减少机器人的总体积。 紧随其后，研究团队提出了与紧凑型从操作手相匹配的运动支点预估算法。在手术机器人的设计中，运动支点的准确预估对于确保手术操作的精确性至关重要。传统的手术机器人往往难以做到这一点，但本研究中所开发的预估算法能够在手术过程中实时准确地计算出机械臂的运动支点，从而为精确操作提供支持。 研究中还设计了一种新型的微创器械，这种器械具有末端自转功能，能够极大地降低机器人辅助微创手术的操作难度。微创手术要求在尽可能小的切口下进行，这就对器械的操作性提出了高要求。末端自转功能的器械能够通过在微小的范围内旋转来达到精确操作的目的，使手术更加精细和高效。 为了适应这种新型器械的构型特点，研究者们还设计了相应的机器人主操手，并建立了微创机器人主从运动映射模型。这种映射模型解决了传统微创手术中存在的操作者眼睛与手部动作不一致的问题，即所谓的“眼手不一致”。通过建立精确的映射模型，手术操作者能够通过主操手的动作，准确地在手术部位实现预期动作，从而提高了手术的精准度和安全性。 为了验证所提出的设计方案的可行性，研究者们利用开发的系统样机进行了系列验证性实验以及动物实验。这些实验充分展示了该微创手术机器人设计方案的可行性，通过实际操作来证明了设计理论的正确性和实用性。 在关键词方面，文章提到了微创手术机器人、紧凑设计、丝鞘传动、运动映射和实验研究。从这些关键词我们可以了解到，这项研究不仅关注于理论设计，还包括了实验验证。紧凑设计是提升手术机器人实用性的重要方向，而丝鞘传动作为传动方式，在保持精度的同时可以减小机械传动部件的体积，从而达到紧凑的目的。运动映射则是将手术者的操作精确转换成机器人动作的关键技术，实验研究则是确保这些技术方案能真正应用于实际手术中的必要步骤。 在微创手术机器人的设计与实现中，研究团队还涉及了机器人技术与微创手术技术的融合，这样的融合不仅提高了手术的运动灵活性，动作的稳定连续性，而且显著降低了手术的安全风险。微创手术机器人技术的成熟应用，正逐渐改变传统手术的方式，推动着医疗技术的进步。