微创胆囊手术中胆囊管路松弛状态的仿真研究

为使利用虚拟现实技术进行的微创胆囊手术仿真更接近真实情况,给医生提供更好的沉浸感,建立了微创胆囊手术仿真所需的胆囊及其附属管路三维几何模型,并其赋予一定的力学性能.基于力平衡点合力为零的原理,提出一种求解力平衡的数值迭代算法.该算法使组成胆囊附属管路的球重心所受到的合力逐步趋近于零从而达到力平衡,并依据新的力平衡位置更新球间管的位姿产生图形反馈.实验证明,该算法可以根据精度需要求解出在力平衡时各个球重心的位置并进行相应的图形反馈,算法有效.     

基于热干扰的管路自动敷设算法

基于热干扰分析,提出一种管路自动敷设算法。该算法以预处理和优化搜索为基本框架。在预处理阶段,利用混沌理论和热分析原理,建立基于热干扰分析的预处理模型。三维管路敷设空间经过预处理模型处理,有效地降低管路自动敷设算法的求解复杂度并保障了管路敷设的热安全性。在优化搜索阶段,通过改进蚁群算法,给出了高效的管路自动敷设算法。通过对比实验表明改进蚁群算法有效地增加了种群的多样性。最后,实例验证表明该算法的有效性和实用性。     

一种新型的光纤曲率传感器

开发了一种新型的埋入式光纤曲率传感器 ,以结构的曲率变形对传感器的输出光强实现强度调制 .对传感器的静态和动态特性作了分析 ,提出了该传感器的传感机理 ,对传感器的结构作了改进 .将此传感器埋入树脂基复合材料板内部 ,测量板的弯曲变形 .可利用此曲率传感器组成准分布式传感系统检测智能结构的形状变化 .     

具重力补偿功能三自由度力觉主手动力学研究

设计一种三自由度力觉主手,具有重力补偿功能.通过建立主手的拉格朗日方程完成了主手动力学模型的构建,得到了关节伺服电机的动力学附加力矩,实现主手重力补偿.建立虚拟样机,通过ADAMS动力学仿真证明计算结果正确.通过主手静平衡仿真分析,证明施加配重的必要性和重力补偿策略的有效性.     

基于红外传感器的新型机器人敏感皮肤

阐述了基于红外传感器机器人敏感皮肤的设计方法.为快速准确地采集大量的传感器数据,系统采用数字信号处理器(DSP)作为主处理芯片,外围电路由复杂可编程逻辑器件(CPLD)实现,多路高速数据采集使用并行方式处理.应用光强法测量敏感皮肤与障碍物间的距离.实验结果表明:该敏感皮肤提高了机器人对未知环境的感知能力,解决了机器人实时避障的首要问题.     

载体姿态无扰的自由漂浮空间机器人运动规划

为满足自由漂浮空闻机器人系统工作时需保证载体姿态稳定的要求,提出了一种载体姿态无扰动的非完整运动规划方法.该方法通过引入载体姿态无扰约束方程,构建载体姿态无扰曲线组,设计了关节空间基本规划算法;采用多次规划的方法,克服了基本算法不能够在整个无扰工作空同内规划的不足.仿真得到的位置偏差和路径规划结果表明机械臂末端达到目标点的同时确保了载体姿态无扰动,从而验证了所提方法的有效性和可行性.     

胸腹腔外科手术机器人工作空间求取方法

探讨了作者设计的可用于微创胸腹腔外科手术的双臂机器人结构,分析了机器人双臂协同工作的原始工作空间。针对原始工作空间的位姿、形状、体积不易确定的缺点,提出了重新定义的旋转体形状的新工作空间和求取其位姿、形状、体积的方法,克服了原始工作空间不易确定而导致术前规划困难的缺点。计算实例表明该方法有效可行,应用该方法可在术前规划中快速定位实际手术区域,为应用该机器人进行微创胸腹腔手术仿真和实际手术奠定了基础。     

按压胆囊的微创手术操作仿真

针对使用机器人进行腹腔微创胆囊手术仿真时胆囊的变形问题,研究了按压胆囊时胆囊的变形过程.建立了胆囊及其附属管路的几何模型,针对该几何模型建立了基于弹簧-质点模型的力学模型.提出了使用手术器械按压胆囊时的手术仿真算法,对该仿真算法进行了验证.图形反馈表明该算法可以实现胆囊及其附属管路的按压操作仿真,其图形反馈较为真实,实时性也较好.仿真结果表明:该算法可用于医学仿真,可实际应用于胆囊及其附属管路的操作仿真.     

基于知识的产品制造过程能耗的计算与预测

为了估算新产品制造过程中的能耗值,提出了基于知识的能耗预测方法.首先,应用本体技术使能源消耗的计算和管理更清晰和明确,建立了能耗知识的语义模型并指出其语义表示方法.其次,提出了针对能耗预测特点的工艺实例检索过程及相似实例结果的重用方法.最后,应用神经网络技术,建立了针对加工参数的能耗预测模型,并以叶片加工为例进行了应用验证.形成从全局视角到工艺过程再到工序的能耗预测层次框架并对原型系统的开发及应用进行了说明.