机械工程学报

作者：潘琪琪, 罗静静, 王富豪, 王洪波

单位：1. 复旦大学工程与应用技术研究院 上海 200433;2. 复旦大学智能机器人教育部工程研究中心 上海 200433;3. 复旦大学上海智能机器人工程技术研究中心 上海 200433

关键词：切口式连续体,构型设计,柔性段优化；

基金：国家重点研发计划(2019YFB1311700)、复旦大学医工结合(YG2021-0008)、上海市科委(21511102000)和复旦自贸壹号医疗器械联合研究中心(SGH2310020/007)资助项目。

针对现有单孔腹腔镜柔性手术机器人刚度不足，负载能力较差及灵活度低等问题，提出了一种切口式连续体机器人机械臂构型设计方案。考虑柔性机器人工作刚度和灵活性难以同时提高这一瓶颈，结合分层理论(Layerwise theory, LWT)及拉格朗日乘子法对模型构造及尺寸参数进行优化。基于I型裂纹模型和应力强度分析，对绳驱机器人的牵引线位限方式进行优化。利用切口式机器人切口间隙和连续体最大可弯曲角度θ的关系图以及有限元分析，提出了切口间距优化策略。通过样机测试验证了各优化方案的可行性和有效性。实验证明，优化后的实验机械臂样机在0.5 N的弯曲反向负载下末端偏移误差在0.5 mm内；在柔性体弯曲角90°的范围内，末端负载0.5 N的偏移量均值为0.27 mm。实验表明提出的优化夹层切口式机器人具有较大的刚度和负载能力，在实际手术场景应用中，柔性体末端受拉或负载器械时仍能够满足所需的姿态要求。

来源：2023年第23期

《机械工程学报》期刊编辑部

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