柔性医用机械臂末端空间定位误差建模与分析

柔性医用机械臂末端定位的精准性对放疗非常重要,针对柔性医用机械臂末端空间定位精度差这一问题,分析机械臂的关节减速器动态回转误差和连杆柔性引起的末端空间定位误差。利用拉格朗日法建立了柔性医用机械臂的动力学模型,分析RV减速器的动态回转误差,建立RV减速器摆线针轮回转副的啮合刚度模型;在关节传动误差与连杆柔性的耦合作用下建立柔性医用机械臂末端空间定位误差模型,采用近似方法对机械臂动力学模型进行逆动力学求解,并拟合得到RV减速器输出驱动力矩和臂杆模态响应函数,通过仿真对比分析关节减速器RVSHPR-110E、RV320E、RV40E,发现RV减速器的刚度越大其产生的关节传动误差越小,从而造成机械臂末端空间定位误差也就越小。研究为柔性医用机械臂末端空间动态定位误差的补偿提供了理论依据。

基于放疗的六自由度医用机械臂动力学仿真分析

目的分析患者重心位置变化对医用机械臂的动力学特性的影响。方法由于不同肿瘤患者重心位置的差异引起医用机械臂动态特性的变化,利用SolidWorks建立医用机械臂三维模型,借助MATLAB robotic toolbox对其进行运动学模拟获取各关节驱动函数,利用ADMAS软件仿真不同重心位置的患者对医用机械臂动力学特性的影响,计算机械臂各关节的位移特征曲线及末端质心的位移偏差。结果验证了肿瘤患者在床板重心位置的不同存在位移偏差,得到医用机械臂末端质心的位移偏差和力矩曲线,marker9点加载下x、y、z三个方向位移偏差最大,分别为0.82、2.078和1.070 mm。结论研究结果可为后期医用机械臂运动控制和位置补偿提供依据。

重离子放疗辅助医用机械臂避撞路径规划研究

针对重离子放疗辅助医用机械臂的工作任务需求,提出一种基于A*算法的避撞路径规划方法。根据治疗室内环境以及障碍物特征,对医用机械臂和障碍模型进行简化。通过研究机械臂各关节运动过程中与各障碍物相对位姿关系,分析机械臂运动导致碰撞发生的条件,进而求解医用机械臂安全摆位空间。基于A*算法在医用机械臂安全摆位空间内进行避撞路径搜索,实现避撞路径规划。通过仿真试验验证了基于A*算法的医用机械臂避撞路径规划方法是安全可行的。

柔性条件下医用机械臂位姿误差模型的建立

为了探究由连杆、关节柔性因素引起的医用机械臂位姿误差,建立具有关节、连杆柔性的医用机械臂模型,理论推导机械臂的综合位姿误差,基于Adams软件对不同工况下的机械臂位姿误差进行仿真分析。结果表明,随着关节刚度系数增大,末端执行器位姿误差减小,且减小趋势越趋急剧。本研究可为医用机械臂末端床板的位姿精度补偿提供参考。

关节铰接双面接触摩擦对医用机械臂影响分析

以医用机械臂为研究对象,同时考虑关节旋转铰接圆柱面及端面2处的摩擦,提出端面接触系数,利用达朗伯定理对医用机械臂进行动静力学分析求得两接触面处的法向接触力,并基于库仑摩擦模型求得两接触面摩擦力矩,结合拉格朗日方程建立了不包含摩擦及包含摩擦的2种动力学模型,通过仿真求解分析得出对于所研究的医用机械臂及结构相类似的机械臂,铰接端面处的摩擦对机械臂关节输出扭矩及末端位置影响大于圆柱面处摩擦的影响,端面接触程度越高造成能量损失越大,机械臂末端位置轨迹越混乱。