一种位姿解耦的主操作手结构设计与优化方法

王得晨，杜付鑫,3，屈梁成，类延强，王继来，李取浩

(1.山东大学 机械工程学院，济南 250061；2.高效洁净机械制造教育部重点实验室(山东大学) 济南 250061；3.山东大学 控制科学与工程学院，济南 250061；4.智能无人系统教育部工程研究中心(山东大学)济南 250061)

随着机器人技术与微创手术的愈发成熟，代表着微创手术顶尖技术的微创手术机器人应运而生[1]。主从式微创手术机器人的出现提高了微创手术的精度与可靠性，医生通过主操作手对手术器械进行遥操作，数字化的机械手代替人手完成手术，可减小手部颤动带来的影响，从而使手术动作更加灵活、准确。近年来，随着对连续体机械臂[2-3]和力反馈技术[4]的深入研究，进一步扩大了微创手术机器人的应用场景，同时也对主操作手性能提出了更高的要求。主操作手在保证具有足够工作空间的基础上，应具备良好的运动性能，以确保主从控制和力反馈的准确性，从而进一步提高手术的成功率以及降低医生在进行手术操作时的疲劳感[5]。

主操作手可分为串联型和并联型两个类别，分别以Touch系列[6-7]和Sigma[8]系列为代表，但这两种通用型主操作手价格十分昂贵，且对微创手术并不具针对性，所以在国内外多个团队的手术机器人系统中，大多使用专门设计的主操作手。串联型主操作手结构简单，且具备较大工作空间和良好的运动性能，目前在医疗领域多采用串联型结构。da Vinci Surgical System[9-10]中所设计的主操作手，具备较大工作空间，能够提供六维力反馈，但其操作端整体机构过于庞大，且位姿具有耦合关系；……