| 中文摘要 | 第4-5页 |
| ABSTRACT | 第5-6页 |
| 第一章 绪论 | 第12-32页 |
| 1.1 引言 | 第12页 |
| 1.2 机器人微创手术概述 | 第12-19页 |
| 1.2.1 机器人技术的发展 | 第12-13页 |
| 1.2.2 机器人微创手术 | 第13-14页 |
| 1.2.3 微创外科手术机器人 | 第14-19页 |
| 1.3 微创手术机器人手术工具研究 | 第19-27页 |
| 1.3.1 微创手术机器人多关节手术工具 | 第19-23页 |
| 1.3.2 微创手术机器人蛇形手术工具 | 第23-25页 |
| 1.3.3 微创手术机器人手术工具力感觉 | 第25-27页 |
| 1.4 丝传动手术工具理论研究 | 第27-28页 |
| 1.4.1 丝传动手术工具数学理论分析方法研究 | 第27页 |
| 1.4.2 丝传动手术工具力感觉技术与理论研究 | 第27-28页 |
| 1.4.3 丝传动手术工具刚度研究 | 第28页 |
| 1.5 需要解决的主要问题 | 第28-30页 |
| 1.5.1 丝传动手术工具设计基本方法 | 第28-29页 |
| 1.5.2 运动学理论 | 第29页 |
| 1.5.3 力感觉技术与理论研究 | 第29-30页 |
| 1.5.4 丝传动手术工具刚度研究 | 第30页 |
| 1.6 本文主要研究内容 | 第30-32页 |
| 第二章 机器人微创手术与手术工具设计基本方法 | 第32-55页 |
| 2.1 引言 | 第32页 |
| 2.2 机器人微创手术分析 | 第32-34页 |
| 2.2.1 手术模式与布局 | 第32-33页 |
| 2.2.2 机器人微创手术典型操作 | 第33-34页 |
| 2.3 微创手术机器人手术工具设计任务 | 第34-40页 |
| 2.3.1 手术操作力特性研究 | 第34-35页 |
| 2.3.2 手术工具自由度分析 | 第35-37页 |
| 2.3.3 从操作机器人整体布局分析 | 第37-40页 |
| 2.3.4 微创手术机器人手术工具设计任务讨论 | 第40页 |
| 2.4 丝传动系统构型与传动特性 | 第40-43页 |
| 2.4.1 “拉-拉”闭环构型 | 第40-41页 |
| 2.4.2 “拉-拉”开环构型 | 第41-42页 |
| 2.4.3 “推-拉”构型 | 第42-43页 |
| 2.5 微创手术机器人多自由度手术工具开发 | 第43-53页 |
| 2.5.1 三自由度手术工具 | 第43-44页 |
| 2.5.2 四自由度手术工具 | 第44-46页 |
| 2.5.3 全自由度手术工具 | 第46-53页 |
| 2.6 末端功能执行器 | 第53-54页 |
| 2.7 本章小结 | 第54-55页 |
| 第三章 丝传动手术机器人与手术工具运动学理论 | 第55-79页 |
| 3.1 引言 | 第55页 |
| 3.2 手术机器人运动学理论 | 第55-58页 |
| 3.2.1 手术机器人运动学构型分析 | 第55-56页 |
| 3.2.2 耦合丝传动手术机器人运动学理论 | 第56-58页 |
| 3.3 数学基础 | 第58-60页 |
| 3.3.1 螺旋理论 | 第58页 |
| 3.3.2 指数积公式 | 第58-60页 |
| 3.4 构型转换 | 第60-64页 |
| 3.4.1 构型转换的初步概念 | 第60页 |
| 3.4.2 等效功能轴的建立 | 第60-62页 |
| 3.4.3 等效功能轴函数的建立 | 第62-64页 |
| 3.5 基于指数积公式的运动学分析 | 第64-70页 |
| 3.5.1 正向运动学 | 第64-65页 |
| 3.5.2 逆向运动学 | 第65-66页 |
| 3.5.3 速度分析 | 第66-67页 |
| 3.5.4 加速度分析 | 第67-70页 |
| 3.6 ‘MicroHand A’手术机器人运动学分析 | 第70-76页 |
| 3.6.1 ‘MicroHand A’手术机器人构型转换 | 第71-72页 |
| 3.6.2 ‘MicroHand A’手术机器人正向运动学分析 | 第72-73页 |
| 3.6.3 ‘MicroHand A’手术机器人逆向运动学分析 | 第73-74页 |
| 3.6.4 ‘MicroHand A’手术机器人速度分析 | 第74-75页 |
| 3.6.5 ‘MicroHand A’手术机器人加速度分析 | 第75-76页 |
| 3.7 仿真分析与实验验证 | 第76-78页 |
| 3.7.1 位置与姿态 | 第76-77页 |
| 3.7.2 直线速度与角速度 | 第77页 |
| 3.7.3 直线加速度与角加速度 | 第77-78页 |
| 3.8 本章小结 | 第78-79页 |
| 第四章 微创手术机器人丝传动手术工具力感觉 | 第79-94页 |
| 4.1 引言 | 第79页 |
| 4.2 现有手术工具力感觉方法 | 第79-80页 |
| 4.3 力感觉系统的概念设计 | 第80-82页 |
| 4.3.1 ‘MicroHand A’手术机器人与手术工具 | 第80-81页 |
| 4.3.2 力感觉原理 | 第81-82页 |
| 4.3.3 单自由度力检测 | 第82页 |
| 4.4 力感觉模型 | 第82-85页 |
| 4.4.1 单自由度力平衡模型 | 第82-83页 |
| 4.4.2 力映射模型 | 第83-84页 |
| 4.4.3 坐标转换模型 | 第84-85页 |
| 4.5 力感觉系统实验样机 | 第85-88页 |
| 4.5.1 丝张紧力传感器 | 第85-86页 |
| 4.5.2 力感觉手术工具 | 第86-87页 |
| 4.5.3 整体力感觉系统 | 第87页 |
| 4.5.4 信号采集与处理系统 | 第87-88页 |
| 4.6 标定与测试 | 第88-90页 |
| 4.6.1 丝张紧力传感器标定 | 第88-89页 |
| 4.6.2 力感觉模型标定 | 第89-90页 |
| 4.7 性能测试 | 第90-92页 |
| 4.7.1 信号噪声与漂移测试 | 第90-91页 |
| 4.7.2 解析度测试 | 第91页 |
| 4.7.3 精度与误差测试 | 第91-92页 |
| 4.8 本章小结 | 第92-94页 |
| 第五章 丝传动手术工具刚度研究 | 第94-115页 |
| 5.1 引言 | 第94页 |
| 5.2 刚度研究方法 | 第94-96页 |
| 5.2.1 手术机器人刚度研究 | 第94-95页 |
| 5.2.2 机器人刚度研究方法 | 第95-96页 |
| 5.3 结构矩阵法 | 第96-102页 |
| 5.3.1 节点与节点形变 | 第96-97页 |
| 5.3.2 结构刚度矩阵 | 第97-101页 |
| 5.3.3 刚度矩阵坐标转换 | 第101-102页 |
| 5.3.4 刚度矩阵组合 | 第102页 |
| 5.4 ‘MicroHand A’丝传动手术工具刚度研究 | 第102-106页 |
| 5.4.1 离散结构单元 | 第102-103页 |
| 5.4.2 结构刚度矩阵 | 第103-104页 |
| 5.4.3 工具末端形变 | 第104-106页 |
| 5.5 面向刚度的丝传动手术工具结构参数研究 | 第106-112页 |
| 5.5.1 ‘MicroHand A’丝传动手术工具刚度评估 | 第106-107页 |
| 5.5.2 结构单元刚度识别 | 第107-108页 |
| 5.5.3 手术工具刚度参数研究 | 第108-112页 |
| 5.6 面向刚度的丝传动手术工具优化设计 | 第112-113页 |
| 5.6.1 优化型手术工具 | 第112-113页 |
| 5.6.2 刚度优化评估 | 第113页 |
| 5.7 本章小节 | 第113-115页 |
| 第六章 实验研究 | 第115-131页 |
| 6.1 引言 | 第115页 |
| 6.2 手术操作力 | 第115-121页 |
| 6.2.1 切割操作 | 第116-117页 |
| 6.2.2 剪切操作 | 第117-118页 |
| 6.2.3 缝合操作 | 第118-121页 |
| 6.2.4 手术操作力实验研究结论 | 第121页 |
| 6.3 耦合丝传动手术机器人运动学基本理论验证 | 第121-124页 |
| 6.4 力感觉实验 | 第124-125页 |
| 6.5 刚度验证实验 | 第125-126页 |
| 6.5.1 ‘MicroHand A’手术工具刚度验证 | 第125-126页 |
| 6.5.2 优化型手术工具刚度验证 | 第126页 |
| 6.5.3 刚度优化结果分析 | 第126页 |
| 6.6 动物实验 | 第126-129页 |
| 6.6.1 ‘MicroHand A’微创手术机器人动物实验 | 第127-128页 |
| 6.6.2 手术工具典型操作 | 第128-129页 |
| 6.7 本章小结 | 第129-131页 |
| 第七章 全文总结 | 第131-134页 |
| 7.1 结论 | 第131-133页 |
| 7.2 工作展望 | 第133-134页 |
| 参考文献 | 第134-145页 |
| 发表论文和科研情况说明 | 第145-148页 |
| 附录 | 第148-150页 |
| 附录A: 伴随变换 | 第148页 |
| 附录B: 耦合丝传动机器人的空间速度推导 | 第148-149页 |
| 附录C: Ki 具体表达式 | 第149-150页 |
| 致谢 | 第150页 |
