颅颌面外科手术辅助机械臂的结构设计

颅颌面外科手术辅助机械臂的结构设计

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时间:2018-11-20

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1、颅颌面外科手术辅助机械臂的结构设计-->第一章绪论1.1课题及研究意义本课题泉源于国度天然科学基金项目(No.30801302):“光学导航定位多自由度机器臂帮助颅颌面骨畸形整复的开辟应用研究”,并得到了上海交通大学机器体系与振动国度重点实行室自主课题(MSV-MS-2010-02):“光学导航颅颌面外科手术帮助机器臂要害技能研究”的资助。本课题前期研究工作最早可追溯到2000年,在前期研究中,课题组主要合张诗雷副教授等人已经成功开发了三维交互式操作正颌外科手术模拟仿真平台(TBNavis-CMFS软件著作登记号:2006SR16153),并在

2、国内该领域首次完成了光学导航辅助颅颌面骨畸形整复手术的临床实例,取得了满意的结果。2007年开始利用MOTOMAN工业机械臂开展了光学导航条件下机械臂辅助手术的研究[1],在机械臂远程控制,与光学导航系统的整合,末端执行器设计等方面进行了大量的工作,取得了良好的效果。经过模拟手术实验,从原理上验证了使用机械臂辅助进行颅颌面外科手术的可行性。颅颌面外科由于解剖结构的复杂性和治疗目的的特殊性,必须以最小的创伤完成精准的操作。目前光学导航技术已基本解决了手术操作规划和术中精确测量[2],但传统的手术方法由于人手动作的不稳定可能带来误差和损伤。而机械臂

3、的运动具有高度准确性和可靠性,而且可具有微创等显著优点。因此机械臂在截骨、磨削、固定等需要高精度、高稳定性的操作中能起到很好的辅助作用[3]。.....................................1.2手术机械臂研究概况1.2.1国外手术辅助机械臂介绍手术帮助机器臂的研究外洋起步较早,1991年伦敦皇家学院研制乐成Probot机器臂并将其应用于临床实行,使用Probot机器臂大夫可以将大量构造从患者体内切除,它是天下上第一个用于医疗范畴的手术机器臂[4]。1992年美国IntegratedSurgicalSystems公司推

4、出了ROBODOCTM机器臂体系,它是在传统产业机器臂技能底子上开辟而成的,可以完玉成髋骨更换、修复和膝枢纽关头置换等手术。该公司还开辟了ORTHODOC图像处置处罚体系,凭据CT图片举行3D建模和手术计划,为手术提供全部必要的数据帮助大夫完成监控和假造手术[5]。1994年,美国puterMotion公司推出了AESOP机械臂,该机械臂辅助内窥镜系统是具有七个运动自由度的声控机械手臂,能模拟人手臂的运动功能,替代医生助手实行对内窥镜的操作。机械手臂的控制方式是采用医生语音信息辅助控制的人机协调系统,即按医生在手术过程中要求机械手臂动作的指令所

5、构造的一种语音识别系统。手术医生的语音指令要预先录入语音卡,并在手术前将此卡置入控制器。这样,在手术过程中,机械手臂便能按照手术医生发出的一道道简单的语音指令,自动、快速而精确地操作内窥镜,并将其调整到最佳的位置和姿态,同时将一幅幅清晰稳定的图像传送到显示器上,使手术医生能直接观察和控制内窥镜来获取稳定的手术视野,提高了手术的精确性和安全性。为了防止机械手臂对人体施加超出需要的外力或过分接近人体内部器官,该系统采用有先进的安全保护技术,一旦出现这种危险情况,系统就会自动停止工作[6]。..............................

6、......第二章颅颌面外科手术辅助机械臂的结构设计2.1引言颅颌面外科手术帮助机器臂作为一种专用型机器臂,在详细技能指标与机器构型上都必要凭据颅颌面外科手术的要求来确定。模块化计划是机器布局计划的紧张计划头脑之一,它将一个庞大的题目剖析成多少个子模块,每个子模块完成一个特定的功效,将子模块与其他机构毗连起来,便构成一个团体,完成整个机器体系所需的功效。...................................2.2机械臂整体概念设计2.2.1结构设计原则与机械臂设计指标近年来,机器计划的理论和要领在海表里得到了很大的生长,机器工程

7、师在举行机器计划时,必须要掌握先辈的计划理论和要领。凭据计划职员的履历总结,机器体系计划重要有以下几方面的原则:(1)整体性:机械系统的整体性把握至关重要。在设计产品中,需要考虑机械设计的主要因素,包括能否实现这些功能,用什么机构来实现这些功能,除此之外,还需要考虑力作用是否封闭,动平衡性是否理想,是否美观,受力大的部件是否需要加大尺寸,受力小的部件是否需要缩小尺寸等。(2)功能性:机械系统的设计需要以功能的实现为基本的目标。实现功能可以有很多种方案,设计前需要在不同方案之间权衡比较,最终选择能实现功能的最优方案,设计过程中需要进行细节的完善,

8、如具体的传动链布置,驱动单元的选型等,以便满足最终用户的需求。........................................第三章颅

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