1、目前，微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人已成為機(jī)器人研究領(lǐng)域的前沿技術(shù)之一。微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人具有創(chuàng)口小，靈活性高，精度高、減輕醫(yī)生疲勞感等優(yōu)點(diǎn)，為世界上多個(gè)科研機(jī)構(gòu)重視。但是目前已有的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)普遍缺乏力感知功能。缺乏力感知的手術(shù)操作會(huì)對組織器官帶來意外的損傷，同時(shí)亦會(huì)缺失只有力覺感知才能得到的器官組織是否病變的信息。缺少力覺感知已經(jīng)大大增加了醫(yī)生手術(shù)操作的難度，影響了手術(shù)的操作精度，被公認(rèn)為是當(dāng)今制約手術(shù)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的主要影響因素之一。<

2、br>　　針對目前微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)缺乏力感知的問題，本文提出了研制適用于腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)從動(dòng)機(jī)器人微小尺寸要求的六維力/力矩傳感器并將其集成于從動(dòng)機(jī)器人的研究方案，圍繞從動(dòng)機(jī)器人機(jī)械本體構(gòu)建及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，適用于微創(chuàng)手術(shù)從動(dòng)機(jī)器人微小尺寸要求的彈性體設(shè)計(jì)方案，微型力覺傳感器的研制，從動(dòng)機(jī)器人力覺感知實(shí)驗(yàn)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究。根據(jù)微創(chuàng)外科手術(shù)特點(diǎn)，成功研制了一款具有力感知的腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)從動(dòng)機(jī)器人。
　　以勝任腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)操作為

3、目標(biāo)，設(shè)計(jì)了能夠前端集成自主研制的微型六維力傳感器的具有力感知的微創(chuàng)手術(shù)從動(dòng)機(jī)器人，并制造出了樣機(jī)。將該樣機(jī)設(shè)計(jì)成支撐機(jī)構(gòu)與末端執(zhí)行器機(jī)構(gòu)兩部分，樣機(jī)擁有七個(gè)自由度，保證從動(dòng)機(jī)器人在病患體內(nèi)靈活的手術(shù)操作。設(shè)計(jì)了平行四邊形機(jī)構(gòu)保證從動(dòng)機(jī)器人在手術(shù)時(shí)不撕扯病患體表的手術(shù)創(chuàng)口。設(shè)計(jì)了末端執(zhí)行器快速拆裝機(jī)構(gòu)滿足了手術(shù)醫(yī)生在手術(shù)中對快速更換手術(shù)鉗、手術(shù)剪等手術(shù)器械的實(shí)際操作要求，以保證手術(shù)順利安全地進(jìn)行?？紤]到末端執(zhí)行器狹小的空間，設(shè)計(jì)了一套適

4、用于狹小空間傳動(dòng)的線纜-導(dǎo)輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了通過狹小空間進(jìn)行運(yùn)動(dòng)傳遞的效果?；贒-H理論對設(shè)計(jì)的手術(shù)機(jī)器人機(jī)械從手進(jìn)行正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，并分別給出正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。基于對正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的模擬仿真得出了從動(dòng)機(jī)器人在體內(nèi)的工作范圍。
　　提出了適用于微創(chuàng)手術(shù)從動(dòng)機(jī)器人尺寸要求的無維間耦合的彈性體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。由于安裝空間限制，考慮到設(shè)計(jì)的線纜-導(dǎo)輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的傳動(dòng)線纜需要無損害地穿過彈性體，因此將彈性體設(shè)計(jì)成十字梁形狀。無維間耦合對

5、于多維力覺信息的精準(zhǔn)辨析十分重要，但在腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)中，由于狹小空間的限制，實(shí)現(xiàn)無維間耦合的彈性體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)難點(diǎn)。將敏感六維分力的彈性體結(jié)構(gòu)分解成兩個(gè)微型的可敏感三維分力的滑移十字梁式的彈性體結(jié)構(gòu)，這樣實(shí)現(xiàn)了直接結(jié)構(gòu)解耦，避免了復(fù)雜的計(jì)算解耦。
　　基于提出的滑移十字梁式彈性體設(shè)計(jì)方案，自主研制了一款適用于腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)環(huán)境力覺信息采集的六維力覺傳感器，其尺寸為9.8mm(直徑)×6mm(高)，克服了目前最小的商業(yè)化六維力覺傳

6、感器NANO-17因尺寸過大不能應(yīng)用于微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人的局限性。通過有限元分析，設(shè)計(jì)的傳感器最大維間耦合誤差為3.8％。提出了該傳感器的加工誤差模型，保證了該傳感器可順利加工。對該傳感器進(jìn)行了力覺標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明其能清晰地分辨六維力覺信息。
　　通過與從動(dòng)機(jī)器人一體設(shè)計(jì)的機(jī)械安裝裝置將研制的微型六維傳感器集成于所研制從手前端，使傳感器成為末端執(zhí)行器的一部分，而傳感器采用的十字梁彈性體結(jié)構(gòu)保證了傳動(dòng)線在傳感器內(nèi)部的自由運(yùn)動(dòng)。使用