● 摘要
胸外科手术主要针对肺癌、食管癌等肿瘤开展治疗。据不完全统计目前全球每年大约有120万人，我国每年21万人被诊断患有肺癌，同时我国也是世界上食管癌高发地区之一。但现在医生在实施此类手术时需要多名助手用力撑开切口、拨开内部脏器，由于胸外科手术一般时间较长，手术人员极易疲劳，从而造成切口撑开不到位，不能很好隔离内部脏器与病灶，影响了医生的手术视野和操作。为了解决上述问题，本文开发了一套手术辅助机械臂系统，其作用相当于一名器械助手。论文的主要研究工作如下：根据微创胸外科手术的实际需求，以及第一代样机的分析结果，对机械臂系统进行了整体分析，指出了第一代样机存在的一些不足，提出了改进机械臂设计的一些方法。对机械臂的机械结构进行了重新设计，提高了机械臂的刚度性能，同时对机械臂的质量分布进行了优化，更容易实现重力平衡，改进了末端器械切换机构，制作了第二代样机。在对第二代样机进行分析实验后，提出并实现了第三代样机的设计和制作，使用了一种全新的制动方式，可由一电机同时制动肩、肘和腕三个关节，使机械臂的重量有了极大的改进。利用ANSYS软件对关键零件进行了有限元分析，结果显示，机械臂各方面性能良好，满足了设计及使用要求。最后装机调试，并做了试验，对三代样机进行了对比测试，验证了之前设计合理性。并分析了试验过程出现的一些问题，从而为以后的设计做好准备。