泌尿外科论文提纲

论文题目：泌尿外科微创手术机器人结构设计与分析

摘要：现阶段,泌尿外科领域中的大多微创手术都是采用人工操作,从而导致手术医生的临床经验和操作技能熟练度等因素在很大程度上影响手术效果、手术时间以及术后病人康复时间。因此,研发一种专门用于泌尿外科微创手术的机器人来代替手术医生操作具有十分重要的理论意义和应用价值。本文针对传统泌尿外科微创手术中存在的问题,设计了一种六自由度泌尿外科微创手术机器人。首先,根据泌尿外科微创手术的特点,确定手术机器人的设计原则和应当具备的功能,选择合理的机构构型,进而采用模块化设计方法,详细设计了一种包括位置调整机构和姿态调整机构的机器人本体结构,并对涉及主要运动的部件进行了分析选型和有限元分析,确保其符合泌尿外科微创手术的实际需要。其次,利用改进后的D-H法建立了泌尿外科微创手术机器人的运动学模型,分析了其正逆运动学,求得了运动学正解和逆解,并验证了有效性;进而采用微分变换法求得了手术机器人的速度雅克比矩阵,对机器人末端执行器与各关节之间的微分运动关系作了分析。在此基础上,采用Lagrange方程法建立对泌尿外科微创手术机器人的动力学进行了合理建模,推导了系统动力学方程,分析了各关节受力和运动之间的信息传递关系,为研究手术机器人的动态特性和控制算法设计提供了理论依据。最后,以实际手术需求为主要依据,以MATLAB软件和ADAMS仿真软件为平台,对泌尿外科微创手术机器人的关节轨迹、末端工作空间、定点旋转运动、往复直线运动以及动力学进行了相关仿真,分析了各个关节的速度、位移、受力等变化曲线,验证了泌尿外科微创手术机器人运动学、动力学模型的正确性和合理性,从而确保了机器人能有效实现预期动作。此外,还简单设计了泌尿外科微创手术机器人的实验方案。图58幅,表5个,参考文献74篇。

关键词：微创外科手术机器人;结构设计;运动学;动力学;工作空间

学科专业：机械工程（专业学位）

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 微创手术机器人发展进程与研究现状

1.2.1 微创手术机器人的发展进程

1.2.2 微创手术机器人国外研究现状

1.2.3 微创手术机器人国内研究现状

1.3 微创手术机器人关键技术研究概述

1.3.1 结构设计

1.3.2 运动学与动力学分析

1.3.3 静力学分析与虚拟仿真

1.4 课题来源及主要研究内容

2 泌尿外科微创手术机器人结构设计

2.1 引言

2.2 泌尿外科微创手术需求分析

2.3 手术机器人结构设计

2.3.1 位置调整机构

2.3.2 姿态调整机构

2.4 主要部件选型

2.4.1 定位关节的选型

2.42 粗管机构的选型

2.4.3 旋转电机的选型

2.5 关键部件有限元分析

2.5.1 粗管进给机构的有限元分析

2.5.2 L型连接板的有限元分析

2.5.3 底座的有限元分析

2.6 手术机器人整体结构

2.7 本章小结

3 泌尿外科微创手术机器人运动学分析

3.1 引言

3.2 泌尿外科微创手术机器人运动学分析的理论基础

3.2.1 机器人位姿描述

3.2.2 D-H参数法

3.3 泌尿外科微创手术机器人运动学建模

3.3.1 泌尿外科微创手术机器人正运动学分析

3.3.2 泌尿外科微创手术机器人逆运动学分析

3.4 速度雅克比矩阵分析

3.4.1 微分运动

3.4.2 雅克比矩阵的计算

3.5 本章小结

4 泌尿外科微创手术机器人动力学分析

4.1 机器人动力学分析意义

4.2 机器人动力学研究内容

4.3 机器人动力学分析的问题和方法

4.4 泌尿外科微创手术机器人动力学建模

4.4.1 泌尿外科微创手术机器人的动能

4.4.2 泌尿外科微创手术机器人的势能

4.4.3 泌尿外科微创手术机器人的动力学方程

4.5 本章小结

5 泌尿外科微创手术机器人仿真分析与实验设计

5.1 引言

5.2 泌尿外科微创手术机器人运动学仿真分析

5.2.1 关节轨迹规划仿真分析

5.2.2 末端操作空间仿真分析

5.2.3 定点旋转运动仿真分析

5.2.4 往复直线运动仿真分析

5.3 泌尿外科微创手术机器人动力学仿真分析

5.4 实验设计

5.4.1 总体方案设计

5.4.2 实验平台搭建

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢