微创外科机器人手腕灵活性的研究

为了能够按照手术最佳姿态完成机器人路径规划,从几何角度对微创外科机器人手腕灵活性进行研究.根据微创外科机器人末端工具的结构和安装特点,运用末端工具姿态球解析法分析手腕灵活性.研究工具的预置位姿对手腕灵活性的影响,证明工具轴线与末关节轴线垂直时,二自由度手腕可以获得满足微创手术要求的灵活性.研究关节轴向偏距对手腕灵活性的影响,证明当存在Z轴方向偏距的情况下,末端工具可以实现全方位的姿态.在此基础上,提出了二自由度手腕成为灵活手腕的必要条件.依据这一条件可以简化微创外科机器人手腕结构.     

CT导航混联医疗机器人灵活性研究

总结了目前医疗机器人灵活性的分析方法,基于服务球的数值法,对5R串联机器人和4H并联机器人进行了灵活度计算,得到了各自的任务灵活度.针对9-DOF冗余度串并混联医疗机器人运动学的复杂性以及难以获得逆解的解析解的状况,给出了串联部分、并联部分的位移流形,推导了混联机器人的位移流形.提出了混联机器人的灵活性分析方法,即基于位移流形(黎曼流形)的方法,并定义了混联机器人灵活度的通用解析表达式.基于黎曼曲面外接椭球面的面积计算,得到混联机器人的灵活度超过了CT导航手术所需的灵活度,满足手术要求,为微创外科混联机器人灵活性分析和度量提供了新的参考.      

一种新型医疗机器人运动学及灵活性分析

从临床应用的角度出发,分析了微创神经外科机器人的结构特点.建立了机器人空间运动学模型,确定了该机器人逆解具有解析解,通过仿真验证了逆解的正确性.分析了机器人手腕的灵活性,用姿态球的概念定义了五自由度机器人手腕灵活性,给出了手术矢量工具姿态球的边界表达式,提出了手腕灵活性的分析方法,给出了机器人的灵活区域分布.掌握运动学和灵活性分析方法,可以为结构设计提供可靠的依据,为后续机器人控制功能的实现奠定基础.     

神经外科手术机器人灵活性分析

开发了用于神经外科手术的五自由度机器人BH600.从神经外科立体定向手术的需求出发,分析了该机器人的灵活性.用服务球和服务区概念给出了五自由度机器人工作空间任意点的灵活度定义,提出了工作空间灵活性的分析方法.通过数值计算和图形显示给出了工作空间的灵活度分布,采用机器人物理样机进行实验,对分析结果进行了验证.掌握灵活度的空间分布,可以为手术路径规划提供可靠的依据.      

一种新型并联灌注机器人运动学分析和多目标优化

针对大型航天器蜂窝结构灌注需求,提出一种新型串并混联灌注机器人机构,主要对并联机构进行分析研究。首先,对3PSS-PU并联机构进行了运动学分析,建立了运动学反解数学模型和雅可比矩阵;其次,确定了影响机构工作空间主要因素的约束条件,求解出了机构的工作空间;然后,建立了机构的刚度模型,求得机构在运动过程中的刚度变化分布;最后,利用遗传算法,以工作空间和全局刚度为目标对机构结构参数进行优化分析,确定了最终的机构尺寸参数,为蜂窝灌注机器人应用奠定基础。      

基于正交试验法的3P3R磨削机器人灵活性优化

针对机器人磨削加工复杂曲面工件时,存在加工路径不连续、需要更换夹具而影响加工精度的问题,提出了一种3P3R磨削机器人.使用D-H法建立了机器人的运动学模型,得到了机器人的正解方程.建立了工件坐标系{W}主动、工具坐标系{T}被动模式的新型机器人系统坐标系,指出了机器人基坐标系{O}与{T}的相对位置是影响磨削机器人的灵活空间的重要因素.采用正交试验法,得到了机器人的第二关节方向的相对位置是影响灵活磨削空间最显著的因素,并且优化了磨削机接触轮相对于机器人摆放的位置,使机器人的灵活磨削空间扩大了1倍,提高了磨削机器人的灵活性.     

具有三分支空间机器人的运动学分析

对三分支空间机器人机构进行运动学分析.首先给出了该空间机器人机构的模型和3种工作模式,在搬运和协调操作2种模式下机构采用了串并联的结构型式,在运动学上具有特殊性故成为研究重点.由于此时机构具有12个关节变量,其中只有6个是独立的,这样给机构的分析及控制带来了困难.为此,利用影响系数法推导了机构独立运动参数与非独立运动参数之间的约束方程,建立了输出运动与输入运动之间的映射关系.从而解决了机构的速度和加速度的反解问题.      

分解法求解EMR系统机器人的服务角

在许多应用场合需要知识机器人在可达工作空间范围内作业的适应能力，或者说灵活性，人们通常以服务角、灵活度、等极值仰角线等作为性能指标。文章首先分析了EMR系统机器人的结构特点和自由度，确定以服务角来衡量系统的灵活性；然后，提出了几种求解服务角的方法，并详细讨论了如何采用分解法求解服务角。该方法计算量少，适于在线控制。     

一类不确定非完整运动学系统的鲁棒镇定

确定非完整运动学系统的镇定问题已有许多研究,然而当实际系统几何参数未知,特别是控制系统考虑不校准视觉测量时,运动学系统是不确定的.研究针对一类典型的不确定非完整运动学系统,即非完整移动机器人的鲁棒镇定问题.通过对质心和几何中心不重合情况下两轮独立驱动移动机器人镇定问题的研究,得到了以两独立驱动轮速度为控制输入的机器人运动学模型.对于车轮半径和两驱动轮之间距离参数已知情况下提出了光滑的时变镇定律,并针对这两个参数未知时,给出了鲁棒控制律设计方法.对这两类控制律下的闭环系统分别给出了严格的渐近稳定性证明.这类设计方法对于研究一般的不确定非完整运动学系统的镇定问题具有一定的启发意义.仿真试验验证了提出方法的有效性.      

轮式移动机器人运动学逆问题及机体稳定性

移动式机器人可以认为是操作机器人和步行机的组合,它具有更灵活和更大的工作空间.因此移动式机器人适合用于远程操作,无论是在太空还是地面,最通用的移动式机器人是轮式移动式机器人.轮子导致了非完整约束.在本文中,这种非完整约束以及有关的运动几何学得到了分析,在此基础上建立了轮式移动机器人运动学逆问题的两种求解公式.其次,提出了一种控制自运动的方法以解决活动平台的稳定性问题.这种方法通过仿真验证了其正确性.     

智能GPS软件接收机载波跟踪环路设计

传统的GPS接收机设计较为固定,用户不能改变接收机各类参数以适应不同导航信号处理的需要.而软件接收机只需做较小改动就可以适应不同信号,能够迅速分析、仿真、实现各类算法.在GPS软件接收机的基础上,利用鉴频器辅助鉴相器的输出,引入一个模糊逻辑控制器,使得环路能够智能跟踪GPS信号的动态变化.实验结果证明所提出的设计方法与传统环路相比可大幅度缩短跟踪时间,减小环路滤波器带宽,并能消除周跳.      

基于运动灵活性的蟑螂机器人机构参数优化

从仿生蟑螂机器人机构特点出发,基于运动灵活性,选择椭圆形身体布局,分别以单腿工作空间和整机雅克比矩阵的条件数倒数作为灵巧度指标,在兼顾运动灵活性和可靠性的基础上,对机器人机构参数进行优化配置,选择了最优的杆长比例.利用分析得出的优化尺寸建立ADAMS参数化仿真模型进行实验研究,仿真结果与理论分析相吻合,验证了优化配置的可行性和正确性,为样机的研制和机器人的驱动及控制等进一步研究奠定了基础,也为其他六足机器人的开发提供了参考.     

新型大转角2T2R并联机构的设计与分析

针对大尺寸细长结构部件的加工需求,提出了一种新型五自由度混联机器人,并对机器人中新型大转角2T2R并联机构模块进行了研究分析。首先,应用螺旋理论计算出了2-UPS&（2-RPR）R并联机构的自由度,并应用修正的G-K公式进行了验证;其次,应用封闭矢量方程对机构进行了运动学分析,建立了运动学正反解模型,并计算出了雅可比矩阵;然后,利用机构的约束条件,绘制了机构的工作空间;然后,应用线速度各向同性指标和角速度各向同性指标对机构的灵巧性进行了分析;最后,通过给定轨迹进行运动学仿真。通过分析,验证了该机构的可行性和实用价值,为新型五自由度混联机器人的应用奠定了基础。      

前列腺癌粒子植入机器人运动学建模和仿真

基于测量的人体前列腺会阴部操作空间和手术过程量化分析,研究了一种3-PCR并联式前列腺癌粒子植入机器人。对于这种对称少自由度并联机构作为位置调整机构,其运动学特性需要深入研究。采用封闭矢量法和Beout消元法建立3-PCR并联机构运动学正、逆运动学方程,通过数值计算验证了正、反解模型的正确性。利用MATLAB进行p点为空间旋量曲线时的运动学仿真,仿真结果表明机构具有较好的运动稳定性,便于实时控制。通过极限边界搜索法求解了该机构姿态为α=β=γ=0°下的工作空间,x=0时的YOZ工作空间截面为15 674 mm2能满足临床手术的要求。