Design of a 6-DOF Master Robot for Robot-Assisted Minimally Invasive Surgery

适用于机器人辅助微创手术的六自由度主手设计

程泓宇¹，张涵¹，王爽^{1, 2}，谢叻^{1, 2}

（1.上海交通大学 材料科学与工程学院，上海200030；2. 上海交通大学 医疗机器人研究院，上海200240）

摘要：主手是机器人辅助微创手术遥操作系统的重要组成部分。基于并联机构的六自由度主手具有惯量低和反馈力高的优点；然而，复杂的运动学和奇异性限制了并联型主手的设计及应用。基于6-RUS机构设计了一款主手，用于构建主从遥操作系统。首先简要介绍了主手的临床背景，并采用具有代表性的手术机器人对主从映射关系进行了分析。随后推导了主手的正逆运动学、雅可比矩阵、平移和姿态工作空间，作为主手操作的基础，并采用全局传递指数对结构参数进行优化，以获得更好的运动/力传递性。在此基础上，制作了主手样机，设计了主从控制系统，进行了主从远程操作实验和模型实验，试验结果表明所设计的主手能够满足机器人辅助微创手术的基本需求。

关键词：主手，主从遥操作系统，手术机器人，主从控制  

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Cheng, H., Zhang, H., Wang, S. et al. Design of a 6-DOF Master Robot for Robot-Assisted Minimally Invasive Surgery. J. Shanghai Jiaotong Univ. (Sci.) (2024). https://doi.org/10.1007/s12204-024-2773-5

《上海交通大学学报（英文版）》是由教育部主管、上海交通大学主办的自然科学综合性学术期刊，被 EI、Scopus等检索系统收录。主要刊登反映基础理论和工程领域实验研究的最新成果，如电子工程和自动化、计算机和通信工程、船舶海洋和建筑工程、材料科学与工程以及生物医学工程等。从 2021 年开始，《上海交通大学学报（英文版）》主要刊登医工交叉研究和人工智能及其在工程中的应用成果。 

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