| 中文摘要 | 第3-4页 |
| 英文摘要 | 第4页 |
| 第一章 绪论 | 第10-21页 |
| 1.1 引言 | 第10页 |
| 1.2 手术机器人的研究现状与发展 | 第10-13页 |
| 1.3 手术机器人机构的运动设计研究 | 第13-16页 |
| 1.3.1 机器人操作臂的机构设计步骤 | 第13-14页 |
| 1.3.2 基于工作空间的外科机器人设计研究 | 第14-15页 |
| 1.3.3 外科机器人设计研究中的新课题 | 第15-16页 |
| 1.3.4 本论文主要研究对象 | 第16页 |
| 1.4 确定工作空间的主要方法 | 第16-19页 |
| 1.4.1 工作空间分析的两个主要问题 | 第16页 |
| 1.4.2 现有的确定工作空间的方法 | 第16-17页 |
| 1.4.3 蒙特卡罗方法 | 第17-18页 |
| 1.4.4 各种方法的特点 | 第18-19页 |
| 1.5 本论文主要研究内容 | 第19-21页 |
| 第二章 机器人运动学基础及显微手术操作空间测量 | 第21-34页 |
| 2.1 位姿几何变换 | 第21-25页 |
| 2.1.1 刚体位姿的确定 | 第21-22页 |
| 2.1.2 多刚体之间的位姿关系 | 第22-23页 |
| 2.1.3 两种重要的旋转矩阵 | 第23-24页 |
| 2.1.4 变换矩阵的欧拉角表示法 | 第24-25页 |
| 2.2 机器人位姿方程 | 第25-28页 |
| 2.2.1 操作臂之间的位姿矩阵 | 第25-27页 |
| 2.2.2 操作臂位姿方程的正逆解 | 第27-28页 |
| 2.3 速度以及雅克比矩阵 | 第28-31页 |
| 2.3.1 刚体之间的速度分析 | 第28-29页 |
| 2.3.2 雅克比矩阵 | 第29-30页 |
| 2.3.3 雅克比矩阵的求解 | 第30页 |
| 2.3.4 雅克比矩阵的奇异性 | 第30-31页 |
| 2.4 显微外科手术中医生动作的测量 | 第31-33页 |
| 2.5 本章小结 | 第33-34页 |
| 第三章 机器人工作空间的分析求解 | 第34-57页 |
| 3.1 引言 | 第34页 |
| 3.2 蒙特卡罗工作空间的构成 | 第34-35页 |
| 3.3 求解平面机器人工作空间 | 第35-45页 |
| 3.3.1 平面机构的工作空间边界曲线的分析求解 | 第35-41页 |
| 3.3.2 平面机构的工作空间面积求解 | 第41-45页 |
| 3.4 求解三维空间机器人的工作空间 | 第45-56页 |
| 3.4.1 三维机构的工作空间边界曲面的分析求解 | 第45-53页 |
| 3.4.2 三维机构工作空间体积的求解 | 第53-56页 |
| 3.5 本章小结 | 第56-57页 |
| 第四章 机器人机构灵活度 | 第57-75页 |
| 4.1 引言 | 第57-60页 |
| 4.1.1 平面机器人的转角范围和灵活度 | 第58页 |
| 4.1.2 空间机器人的灵活度 | 第58-60页 |
| 4.1.3 已有分析方法的特点 | 第60页 |
| 4.2 平面机器人的灵活度分析 | 第60-68页 |
| 4.2.1 关节运动无约束的机器人灵活度 | 第60-62页 |
| 4.2.2 关节运动存在约束的机器人灵活度 | 第62-64页 |
| 4.2.3 全拓扑分解法 | 第64-68页 |
| 4.3 空间机器人灵活度分析 | 第68-74页 |
| 4.3.1 服务球的剖分 | 第69-70页 |
| 4.3.2 空间机构向平面机构的转化 | 第70-72页 |
| 4.3.3 空间机构灵活性求解 | 第72-73页 |
| 4.3.4 分析实例 | 第73-74页 |
| 4.4 妙手系统的机构灵活度 | 第74页 |
| 4.5 本章小结 | 第74-75页 |
| 第五章 机器人定向灵活工作空间 | 第75-91页 |
| 5.1 引言 | 第75页 |
| 5.2 定向灵活空间与定常方向空间 | 第75-76页 |
| 5.3 平面机构的定常方向空间 | 第76-81页 |
| 5.3.1 方向角的方向矢量表示 | 第77页 |
| 5.3.2 满足方向角的关节变量的求解 | 第77-80页 |
| 5.3.3 指定方向角空间的求解 | 第80-81页 |
| 5.4 平面机构定向灵活空间求解 | 第81-84页 |
| 5.4.1 定向灵活空间求解的方法 | 第81-82页 |
| 5.4.2 定向灵活空间图形交集的确定 | 第82-84页 |
| 5.4.3 定向灵活空间的面积 | 第84页 |
| 5.5 空间机器人的定向灵活度空间 | 第84-90页 |
| 5.5.1 定向灵活度在三维空间中的数学描述 | 第84-85页 |
| 5.5.2 满足定常方向的关节变量的求解 | 第85-87页 |
| 5.5.3 定常方向工作空间的求解 | 第87-89页 |
| 5.5.4 定向灵活度工作空间 | 第89-90页 |
| 5.6 妙手系统定向灵活度和定向灵活空间 | 第90页 |
| 5.7 本章小结 | 第90-91页 |
| 第六章 机器人手术操作空间 | 第91-104页 |
| 6.1 引言 | 第91-92页 |
| 6.2 双臂机器人及操作空间建模 | 第92-93页 |
| 6.3 平面机构操作空间分析 | 第93-96页 |
| 6.3.1 操作空间的数学模型 | 第93-94页 |
| 6.3.2 操作空间的边界求解 | 第94-95页 |
| 6.3.3 操作空间面积的求解 | 第95-96页 |
| 6.4 空间机器人操作空间分析 | 第96-103页 |
| 6.4.1 操作空间的数学模型 | 第97-98页 |
| 6.4.2 操作空间边界曲面的求解 | 第98-101页 |
| 6.4.3 操作空间体积的求解 | 第101页 |
| 6.4.4 妙手系统操作空间 | 第101-103页 |
| 6.5 本章小结 | 第103-104页 |
| 第七章 多因素条件下机器人机构的优化设计 | 第104-121页 |
| 7.1 引言 | 第104-105页 |
| 7.2 机器人的运动灵活度 | 第105-108页 |
| 7.2.1 机器人机构的运动静力学性能指标 | 第105页 |
| 7.2.2 矩阵的分解 | 第105-106页 |
| 7.2.3 各种指标的数学描述 | 第106-108页 |
| 7.3 关节配置方向 | 第108页 |
| 7.4 平面二连杆操作臂的优化设计 | 第108-114页 |
| 7.4.1 不同运动静力学指标的操作臂优化 | 第109-112页 |
| 7.4.2 最大工作空间的操作臂优化 | 第112-114页 |
| 7.5 平面三连杆操作臂的优化设计 | 第114-120页 |
| 7.5.1 不同运动静力学指标的操作臂优化 | 第115-117页 |
| 7.5.2 基于最大工作空间的操作臂优化 | 第117-120页 |
| 7.6 本章小结 | 第120-121页 |
| 第八章 手术区域的优化布置 | 第121-131页 |
| 8.1 引言 | 第121页 |
| 8.2 手术区域在单操作臂工作空间中的布置 | 第121-127页 |
| 8.2.1 手术区域在工作空间中的存在性 | 第121-123页 |
| 8.2.2 手术区域的机构灵活度 | 第123-124页 |
| 8.2.3 分析实例 | 第124-127页 |
| 8.3 手术区域在机器人手术操作空间中的布置 | 第127-129页 |
| 8.3.1 手术区域在妙手系统操作空间中的布置 | 第127-128页 |
| 8.3.2 手术区域在双臂Motoman操作空间中的布置 | 第128-129页 |
| 8.4 动物实验 | 第129-130页 |
| 8.5 本章小结 | 第130-131页 |
| 第九章 全文总结 | 第131-133页 |
| 附录 | 第133-142页 |
| 参考文献 | 第142-153页 |
| 致谢 | 第153-154页 |
| 发表论文和参加科研情况说明 | 第154页 |