基于D-H參數(shù)方法的微創(chuàng)手術機器人運動仿真研究

哈 樂，王東輝

基于D-H參數(shù)方法的微創(chuàng)手術機器人運動仿真研究

哈 樂，王東輝

目的：為了更好地研究外科微創(chuàng)手術機器人的工作性能，提出一種基于D-H參數(shù)方法的機器人運動仿真研究方法。方法：通過分析機器人各關節(jié)的幾何關系，建立其D-H參數(shù)模型，分別對機器人系統(tǒng)進行正運動學和逆運動學分析，利用Matlab軟件中的SimMechanics模塊對機器人機電系統(tǒng)進行建模和仿真實驗。結(jié)果：仿真實驗結(jié)果表明，末端執(zhí)行機構的期望軌跡與實際軌跡基本一致，運動誤差都在實際允許范圍內(nèi)，驗證了機器人運動學仿真研究方法的正確性。結(jié)論：采用D-H參數(shù)方法對微創(chuàng)手術機器人進行運動學仿真分析具有很好的實用性和準確性，對外科手術機器人的精密設計和系統(tǒng)改進具有普遍的適用意義。

手術機器人；D-H方法；運動仿真；正運動學；逆運動學

0 引言

1985年，Payne和Wickham首次提出了微創(chuàng)外科（minimal invasive surgery，MIS）的概念，即外科醫(yī)生在患者身體上開2個或3個小孔，1個用于插入內(nèi)窺鏡，另外1個或2個用于插入細長的手術工具，醫(yī)生通過監(jiān)視器觀察插入患者體內(nèi)的工具端部運動來進行外科手術[1-2]。與傳統(tǒng)打開式手術相比，MIS能使手術對健康組織的創(chuàng)傷最小化，能夠很大程度減少患者的痛苦，降低傷口感染的風險，縮短術后恢復的時間，因此，很快被應用到各種外科手術中。目前，MIS主要用于腹腔鏡外科、胸外科、關節(jié)外科、血管外科、骨盆鏡外科手術中等。

隨著科學技術的不斷發(fā)展，醫(yī)療機器人系統(tǒng)在醫(yī)學外科領域越發(fā)普及，微創(chuàng)手術機器人因其具有操作準確、易操作、創(chuàng)傷小等優(yōu)點被廣泛應用[3-5]?！?br>