基于双平行四边形结构RCM机构的设计与实验研究

作者：夏董新,叶伟 日期：2023-09-20/span> 浏览：1183 查看PDF文档

摘要:为了研发应用于微创穿刺手术的1R1T远程运动中心(RCM)机构,设计了一种基于移动副驱动双平行四边形结构的1R1T新型远程运动中心机构,对该机构进行了运动学分析,并搭建了样机，进行了实验研究。首先,基于修正的KutzbachGrübler公式计算了该机构的自由度,并分析了其1R1T(R:转动;T:移动)输出运动特性;根据该机构的结构特性,建立了其位置分析模型,并得到了其位置正反解;推导了机构的雅可比矩阵,并分析了机构的奇异性;利用数值搜索法确定了机构的可达工作空间;然后,分别采用传动角度指标和灵巧度指标,对目标工作空间内的性能进行了评价,并据此对机构进行了尺度优化设计,得到了性能更优的尺度参数;最后,搭建了一台样机,开展了初步实验,并进行了实验结果分析。研究结果表明:样机完成的20种不同的运动姿态显示出了机构满足微创手术(MIS)所需的自由度要求,同时其位置误差平均值为0.32mm,最大值为1.54mm,均在1mm~2mm范围以内,表明其运动精度也较为可靠;因此,其在微创穿刺手术领域有良好的应用前景。

关键词:微创手术;工作空间分析;1R1T;远程运动中心机构;机构奇异性;传动角度;灵巧度

中图分类号:TH777;TH112;TP242文献标识码:A文章编号:1001-4551(2023)07-1093-09



本文引用格式:

夏董新,叶伟.基于双平行四边形结构RCM机构的设计与实验研究［J］.机电工程,2023,40(7):1093-1101.

XIA Dong-xin, YE Wei. RCM mechanism design and experiment based on double parallelogram structure［J］.Journal of Mechanical & Electrical Engineering, 2023,40(7):1093-1101.