本文所研究与开发的喉部手术机器人从操作手末端工具,是喉部手术机器人系统的组成部分。系统面向喉部微创外科手术,能够在支撑喉镜下进行双手操作,完成对病变组织的夹持、分离、切除、手术清淤等操作。本套系统的使用,将扩大此类手术的适应症范围、提高手术质量、减轻医生疲劳及患者痛苦、缩短康复周期。首先,根据喉部手术自身特点,对手术布局、手术操作空间、手术动作进行量化分析,给出喉部手术机器人从操作手结构设计要求;此基础上,引出从操作手的构型综合问题,并对臂部构型、腕部构型以及手部构型分别加以分析,从而得出从操作手的整体构型;并应用D-H方法建立从操作手的数学模型。其次,对喉部手术机器人末端工具加以分析并进行详细设计,得出具有自转、俯仰和开合三自由度的末端工具整体结构,并针对若干关键结构的实现方式给出了方案;最后对末端工具的详细结构和功能进行讨论,并对关键结构进行静力学计算。建立喉部手术机器人末端工具的虚拟样机模型,使用ADAMS软件对机构进行仿真分析。从运动学的角度出发,得出各关节的速度曲线和行程范围,确保各部件间传动正常、无干涉发生;从动力学的角度出发,得出各自由度电机输出轴的负载转矩和功率曲线,为控制系统的设计以及伺服机组的选型提供理论依据。最后,确定喉部手术机器人控制系统总体方案;对控制系统硬件进行设计,包括运动控制单元、伺服电机执行单元等;采用高性能的运动控制卡获来得相当高的运动控制品质;根据动力学仿真分析结果,在MATLAB Simulink模块中建立伺服系统开环模型,从而完成对各自由度电机的选型。