腹腔镜机器人集人工智能、智能控制、腹腔镜手术、信息处理、图像处理等专业技术于一体,跨计算机、自动控制、机械、电子、医学等多学科,成为当前医疗机器人发展的一个重要方向。本课题的主要工作就是完成腹腔镜机器人持镜手臂优化分析和性能研究。文章通过查阅国内外大量的文献资料,在分析借鉴国外成型的腹腔镜机器人系统的基础上,将机械优化设计方法和计算机仿真技术引入到该课题的研究工作中,为腹腔镜机器人整机工作性能的提高提供了相应的研究方法和理论知识。本课题在前期整机结构设计的基础上,根据机器人机械手结构原理,应用Denavit—Hartenberg齐次变换理论、传统力学分析理论以及拉格朗日动力学分析方法对腹腔镜机器人持镜手臂进行运动学与动力学分析,创建了整机的运动学方程和关键机构的动力学方程,为下一步的仿真分析、优化设计及控制系统的设计打下基础。根据机械机构静力学和动力学分析各主要关节、动臂和连杆的受力情况,采用机构优化设计方法,建立了关于整机各主要性能参数的优化设计数学模型,利用Matlab优化工具箱求解、ADAMS做仿真试验,最终得出最佳的机构优化参数,有效的提高了整机的工作性能。同时,亦求得各关节承受的力值和力矩值,为下一步的结构优化分析提供了准确的边界条件。以机构运动学和动力学优化为基础,优化腹腔镜机器人持镜手臂的结构性能,探讨了结构优化集成方法,即:利用UG三维建模软件建立结构优化参数化模型,然后利用CAD/CAE无缝链接技术将参数化模型导入ANSYS/AWE软件中,对关键零部件做了有限元分析、灵敏度分析、前后置处理、结构优化设计、疲劳分析和模态分析工作。通过结构优化,大大的减轻了整机的重量,提高了腹腔镜机器人持镜手臂的安全可靠性和灵活性。最后,结合腹腔镜机器人持镜手臂的机构特点,将整机分成位置调整机构和姿态调整机构,采用医用手术机器人运动学参数误差优化补偿法和制造、装配误差补偿法对整机做了误差专项研究,有效地提高了整机的工作精度。腹腔镜机器人的应用研究在国内才刚刚起步,它有着巨大的发展潜力,许多新的问题都需要深入的研究。本研究侧重机器人整机系统的优化设计和性能研究工作,从腹腔镜持镜手臂的单个零部件到整机系统,循序渐进,逐步实现整个机器人系统的性能优化工作。