用于灵巧手的新型两自由度关节机构

提出并设计完成了一种用于灵巧手的两自由度关节机构,该机构用于连接灵巧手的下指节与掌骨节,使得下指节相对掌骨节同时实现屈曲和侧展2个运动.在完成两自由度关节机构设计的基础上,对该机构进行了运动学分析,并应用虚拟样机技术进行了验证.两自由度关节机构的应用将对提高灵巧手的动力学特性和简化灵巧手的结构设计起到重要的作用.      

虚拟匹配单元对力觉交互系统性能影响分析

讨论虚拟现实力觉交互系统中,阻抗再现方式下虚拟匹配单元对系统稳定性和透明性的影响.对不同的虚拟环境,根据弹簧单元和阻尼单元的不同物理性质,将其与虚拟环境串联或并联,作为连接操作端与虚拟端的双端口系统;对于单自由度力觉交互系统,当虚拟环境驱动点为弹簧元素时,以串联弹簧单元和串联阻尼单元为例,通过对附加虚拟匹配单元后的系统性能评价,及与原系统的比较,分析了虚拟匹配单元对系统性能尤其是稳定性的影响,仿真和分析结果吻合较好.在力觉交互控制系统设计中,可根据需要选择不同的虚拟匹配单元以提高系统的稳定性.      

灵巧手主从操作中的人手运动跟踪与识别

在灵巧手主从抓持规划系统中,一项重要的研究内容是获取人手的运动信息.利用计算机双目立体视觉系统作为灵巧手主从操作的人机接口,研究人手指尖运动实时跟踪和识别的方法,提出了一种人手指尖位置的动态识别算法及其实验系统.利用本实验系统,完成左右两像面4个目标点所用的最长识别时间为0.4ms,且人手在正常运动速度时,识别率达100%,表明本算法同时满足实时性和识别率的要求.      

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.      

单自由度力觉交互系统建模与分析

为提高力觉交互系统性能,需要通过建模和分析来了解各参数对系统性能的影响.对单自由度力觉交互系统,假设虚拟环境为被动,将操作者对系统影响分为主动输入和被动阻抗,建立了包括操作者在内的力觉交互系统模型;通过双端口网络理论的应用,就系统对刚度阻尼组合虚拟环境的稳定性进行了分析,给出了系统稳定条件的一般判定准则,并由此分析了传动刚度对系统稳定性的影响.该方法可以用于对力觉交互系统的性能评估和设计指导.      

二自由度闭环触觉再现机构的反向驱动性能

触觉再现装置的反向驱动性能是衡量触觉再现装置设计成败的重要指标,也是触觉再现装置设计的主要依据.对二自由度触觉再现机构进行设计,得到了二自由度触觉再现机构的物理样机;以二自由度触觉再现机构为对象,用拉格朗日法对其进行动力学分析,在此基础上给出了评价机构反向驱动性能的衡量指标--广义惯性椭球(GIE),并用图形直观地描述了机构的反向驱动性能;通过改变部分构件的材料改善了触觉再现机构的反向驱动性能,以便在设计中选择性能合适的二自由度触觉再现机构.     

灵巧手主从抓持中的运动映射

抓持规划是灵巧手研究中的关键问题之一,主从抓持是目前较为可行的解决方案.其核心问题是将人手的抓持合理地映射为灵巧手的抓持.以仿人灵巧手为研究对象,提出了从人手到灵巧手的主从运动映射方法,在直角空间内建立了主从运动映射模型.根据人手和灵巧手运动学结构的相似性,提出了主从映射矩阵的简化形式,即通过主从手指尖位置增量的线性比例映射,由人手各指尖的运动独立控制灵巧手对应指尖的运动.通过实验对主从映射结果进行了分析,初步探讨了主从映射应满足的基本要求.实验结果表明,映射所确定的灵巧手的指尖位置基本在其工作空间,从而保证主从运动可行;主从手的运动轨迹较为相似,从而保证了主从控制的简单直观.     

纯质量虚拟环境下力觉交互稳定性研究

讨论了纯质量虚拟环境下,单自由度力觉交互系统在导纳再现方式下虚拟质量的稳定范围及其影响因素。假设虚拟环境为被动,操作者在系统中的作用分为被动部分和主动部分,通过电网络与力觉交互机电系统的等效和双端口网络绝对稳定理论的应用,就纯质量虚拟环境下系统的稳定性进行了分析,评价了系统参数对系统稳定范围的影响。该方法和结论可以用于对力觉交互系统导纳再现方式下的性能评估和设计指导。