● 摘要
显微外科是近三十余年来发展形成的外科新技术。由于手术显微镜的使用,外科手术从宏观进入微观世界,其测量单位往往以毫米甚至微米来计算。在显微外科中,由于操作对象非常微小,而且手术工作时间很长,使得医生感觉非常疲惫,机器人的运动精度高和稳定性好的特点解决了这一问题，因此显微手术机器人应运而生，并具有广阔的应用前景。在国家自然基金的资助下，本论文以角膜移植手术为对象，对显微缝合技术及其打结机构进行了研究。 在充分研究了医生手工缝合和打结动作及角膜手术要求的基础上，本文首先完成了一种新型的同步缝合器的设计。然后，将显微外科打结动作分解为机器人的标准动作序列，完成了打结机器人机构的型综合。在建立机器人D-H坐标系的基础上，经过变换矩阵的求解对机器人进行了运动学分析；根据机器人的灵巧性指标，优化了机构的几何尺寸；然后通过蒙特卡洛法求出了机器人的工作空间。 为了得到打结机器人末端夹持点的操作轨迹，假设缝线之间的接触为点接触模型，通过分析结点形成过程中缝线之间的滑动机理，建立了结点形成的力学条件，取得了可行的末端夹持点的运动轨迹。 在SolidWorks软件的环境下建立了机器人各个零件的三维模型，并进行了虚拟装配；然后在插件COSMOSMotion中建立虚拟样机，通过添加驱动及函数进行了运动仿真，得到了机器人末端的运动轨迹，初步论证了机器人的机构能够完成打结工作的需要，说明了机构设计的合理性。 本文对结点轨迹规划的研究为打结机器人的控制提供了理论基础。本文的研究方法也为其他显微外科医疗机器人系统开发提供了具有参考价值的设计方法和结论，为相关的技术研究奠定了基础。