单孔手术三自由度器械的工作空间优化与仿真开题报告

1. 研究目的与意义

背景：单孔腹腔镜，顾名思义，就是利用一个孔完成常规需要多孔操作的腹腔镜手术技术。

外科手术是一种有创伤的治疗手段，而最传统的手术方式即是开放手术。

为了完成腹腔内一个局部操作，传统的开放手术需要在体表切开一个硕大的切口，再将腹壁一层层切开暴露手术区域。

2. 研究内容和预期目标

研究内容:
为了维持器械集中置入下的手术操作空间，单孔腹腔镜手术需要驱动更简便、操作更灵活、控制更精确的多自由度柔性系统。本课题以此为背景，在MATLAB软件中对具有三自由的单孔手术器械进行工作空间仿真，优化其关节位置和弯曲角度，并与传动腹腔镜器械和其他可弯曲腹腔镜器械对比，验证不同柔性系统的实用性和有效性。
预期目标：
1)查阅文件，收集资料、确定课题方案；
2)学习并了解Denavit–Hartenberg空间位置表示方法；
3)初步了解学习Matlab软件；
4)在Matlab软件中设计并编写空间仿真程序；
5)调研现有不同单孔腹腔镜柔性系统，将之分类，并取代表性参数带入程序实现空间仿真；
6)整理技术资料，完成毕业设计论文及答辩；

3. 研究的方法与步骤

为了评估手术器械末端结构所能达到的工作范围，课题采用denavit–hartenberg模型构建法，计算最终单孔腹腔镜手术器械末端所能达到的最终坐标集，并将该坐标集以2d/3d的形式进行展现与对比。

由于不同的单孔腹腔镜柔性关节可弯曲角度，方式，以及自由度不同，因此其操作空间有着非常大的区别。

课题需要根据目前单孔腹腔镜手术的相关需要，总结出各个柔性系统的优劣势，并为此类柔性系统的设计提出参照性的指标与模型。

4. 参考文献

[1] 柔性机器人：多尺度操作应用，马修.格罗萨德主编，连晓峰译，机械工业出版社，2016；
[2] 柔性臂机器人:建模、分析与控制，吴立成主编，高等教育出版社，2012；
[3] 单孔腹腔镜手术操作技术，吴硕东主编，人民卫生出版社，2010；
[4] 泌尿外科腹腔镜与机器人手术学.第2版，张旭主编，人民卫生出版社，2015；
[5] matlab基础与机械工程应用，卜王辉，陈茂林，李梦如主编。

科学出版社，2015.
[6]机器人系统设计及应用，郭彤颖，安冬主编。

化学工业出版社，2016.
[7]机器人系统设计及其应用技术，赵建伟主编。

5. 计划与进度安排

1) 2024-12-10～2024-2-20 查阅文献资料，进行文献综述，翻译英文文献。

2) 2024-2-20～2024-3-20 撰写开题报告，进行单孔腹腔镜空间仿真整体方案设计。

3) 2024-3-21～2024-4-10 查阅相关资料，学习matlab编程并完成相关空间仿真模拟。