機器手術系統之手臂設計與運動路徑規劃

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姓名

章瑞文(Ruei-Wun Jhang) 查詢紙本館藏

畢業系所

光機電工程研究所

論文名稱

機器手術系統之手臂設計與運動路徑規劃

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摘要(中)

機械手臂近幾年來應用於外科手術醫療領域方面有相當卓越的
表現，並將外科醫學引導邁入具革命性創新的第三代外科手術，即
融合高科技結晶所發展之微創機器手術（Minimally Invasive Robotic
Surgery，MIRS）。
目前有三種機器手術系統已上市使用且被應用在不同的手術用
途中，包括Aesop、Zeus及Da Vinci。另外，在歐美或是日本，亦有
研究單位投入大量的資源，研究開發其他之機器手術系統。
本論文主要內容為設計一手術端之機械手臂，以及具有多個自
由度之手術刀，將其模型化並組合；採用順向以及逆向運動學推導
該機械手臂之運動方程式，利用位置控制，並透過現有之三套套裝
軟體相互配合應用，模擬預設之運動路徑並對其模擬結果進行分析
及討論，預設路徑則包括基本位移測試、積木排列以及益智跳棋等
。所使用之套裝軟體則包括Matlab、Solid Edge，以及MSC. Visual
NASTRAN 4D。

摘要(英)

The main subject of this thesis is to design a patient-side robotic arm
of Minimally Invasive Robotic Surgery system with multi-degree of
freedom. Then, we analyze some properties for preset routes. The
formulas were derived from forward and inverse kinematics. Several
softwares were used to complete the simulation. These softwares include
Matlab, Solid Edge, and MSC. Visual NASTRAN 4D.
Each link of the arm and mechanism was drawn by Solid Edge and
loaded in MSC. Visual NASTRAN 4D to simulate the system. Several
preset routes were used to test the robotic motions.

關鍵字(中)

★ 微創機器手術系統
★ 路徑規劃
★ 動態模擬

關鍵字(英)

★ Minimally Invasive Robotic Surgery
★ Routes Planning
★ Dynamic Simulation

論文目次

摘要 ……………………………………………………………………Ⅰ
Abstract ………………………………………………………………Ⅱ
誌謝 ……………………………………………………………………Ⅲ
目次 ……………………………………………………………………Ⅳ
圖目錄 …………………………………………………………………Ⅵ
第一章緒論 …………………………………………………………1
1.1 前言 ……………………………………………………………1
1.2 研究動機與目的 ………………………………………………1
1.3 文獻回顧………………………………………………………2
1.4 本文架構 ………………………………………………………4
第二章微創機器手術 ………………………………………………5
2.1 機器手術介紹 …………………………………………………5
2.2 機器手術之優異比較 …………………………………………8
2.3 微創機器手術系統介紹 ………………………………………11
2.3.1 Aesop 系統 ………………………………………………11
2.3.2 Zeus 系統…………………………………………………12
2.3.3 Da Vinci 系統 …………………………………………14
第三章機械手臂模型架構與運動學推導 …………………………16
3.1 機械手臂之模型假設與定義 …………………………………16
3.2 機械手臂之順向運動學 ………………………………………18
3.3 機械手臂之逆向運動學 ………………………………………20
3.4 手術刀之模型定義 ……………………………………………26
3.5 手術刀之運動學推導 …………………………………………27
第四章模擬架構與結果討論 ………………………………………31
4.1 模擬架構與流程 ……………………………………………31
4.2 手術刀基本位移與活動性測試模擬 ………………………38
4.2.1 手術刀基本位移…………………………………………39
4.2.2 手術刀前端動作模擬 …………………………………45
4.3 積木排列模擬 ………………………………………………49
4.4 益智跳棋模擬 ………………………………………………55
第五章結論與未來展望 ……………………………………………63
參考文獻 ……………………………………………………………65

參考文獻

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指導教授

張江南(Chiang-Nan Chang)

審核日期

2006-6-28

推文