悬臂式前列腺粒子植入机器人重力矩平衡分析及实验研究

• Published in: 电机与控制学报 Vol. 20; no. 12; pp. 109 - 116
• Main Author: 姜金刚 李斌 张永德 杜海艳 王晓飞 许勇
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 哈尔滨理工大学机器人技术及工程应用研究中心，黑龙江哈尔滨150080 2016; 哈尔滨理工大学智能机械研究所，黑龙江哈尔滨150080%哈尔滨理工大学机器人技术及工程应用研究中心,黑龙江哈尔滨,150080%哈尔滨理工大学智能机械研究所,黑龙江哈尔滨,150080%中国人民解放军总医院,北京,100853
• Subjects: 前列腺粒子植入机器人; 十字交叉双弹簧机构; 平衡分析; 悬臂式; 重力矩; gravitational torque; 平衡分析; 悬臂式; 重力矩; prostate seed implantation robot; 前列腺粒子植入机器人; 十字交叉双弹簧机构; cantilevered; balance analysis; cross double-spring mechanism
• ISSN: 1007-449X
• DOI: 10.15938/j.emc.2016.12.014

前列腺癌是男性泌尿系统最常见的恶性肿瘤,经会阴前列腺癌放射性粒子植入对于器官局限的早期低危前列腺癌是安全有效的治疗手段。传统的粒子植入手术是由医生手动完成的,由于手工操作的不确定性很难保证粒子植入的定位精度。提出采用机器人实现粒子植入手术,利用机器人的位姿精确控制能力解决手工操作不确定性导致的定位精度低的问题。进行了悬臂式粒子植入机器人的设计,由于悬臂结构产生的重力矩在工作时对机器人的运动稳定性产生影响,在对力平衡机构分析的基础上,在大小臂的回转关节处设计了十字交叉双弹簧平衡机构来平衡悬臂产生的重力矩,建立了悬臂式前列腺粒子植入机器人重力矩平衡的数学模型。利用Solidworks/Motion模块对引入十字交叉双弹簧平衡机构的悬臂式前列腺粒子植入机器人进行了运动仿真。基于悬臂式前列腺粒子植入机器人实验系统,分别进行了末端水平负载1 kg、竖直负载1 kg和水平竖直复合负载各1 kg情况下的平衡实验,实验和仿真结果表明悬臂式前列腺粒子植入机器人达到了设计时的预期目标,实现了重力矩的平衡。