颅底及面侧深区穿刺诊疗机器人系统及实验研究

针对颅底及面侧深区穿刺诊疗手术在活检、放射性粒子植入、射频热凝等介入过程中的多样化需求,研发了一套多功能外科手术机器人系统.该系统可辅助医生完成放针、植入粒子等手术操作.根据不同的手术需求,设计了三款末端执行器,利用通用接口可实现末端执行器与机器人之间的快速安装与拆卸.提出基于光学导航的混合运动控制方法保证机器人系统的定位精度.通过实验验证了机器人的定位精度,并通过尸体实验验证了整个机器人系统在三种手术中的性能.结果表明,该机器人系统具有较高的定位精度,并可灵活应用于多种手术中,具有一定的可行性.     

轮腿式机器人多运动模式运动学分析与建模

轮腿式移动机器人具有轮式、履带式和腿式等多种运动模式,对不同运动模式下的运动特性进行了分析,建立了轮式运动模式下的运动学方程,对履带运动模式下的转向运动学进行了运动学建模;通过对机器人在腿式模式的姿态描述,建立其运动学模型。为对轮腿式机器人进行综合运动分析,实现机器人控制提供了理论基础。     

轮腿式机器人的稳定性控制准则

腿式运动模式具有运动灵活、环境适应能力强的特点,但其稳定性控制是一个重要的问题。在分析轮腿式机器人运动特性的基础上,建立了轮腿式机器人的稳定性姿态描述方法,分析了不同稳定性准则的特性和适用性,提出了适合于轮腿式机器人稳定性控制的倾斜边界稳定性准则,并给出相应的稳定性控制方法,为轮腿式机器人的稳定性控制奠定基础。     

颌骨重建手术机器人定位精度分析与误差补偿

为提高颌骨重建机器人的精度,借助于—台可以实现绝对坐标测量的高精度光学定位跟踪仪,对机器人系统的定位精度进行了误差分析与补偿研究.针对结构参数和运动变量误差,采用修正的运动学模型,进一步真实地反映了机器人的实际结构参数;对齿轮传动误差和间隙引起的关节回转误差通过实验进行了修正,有效提高了关节传动精度;对零位定位误差,通过机器人逆运动学反解出关节转角,并进行误差补偿,提高了定位基准的精度.实验结果表明上述方法可有效提高颌骨重建机器人的定位精度.      

两二次曲面表面相交交点可图解判定定理及在图示两二次曲面交线中的应用

两二次曲面相交是工程构件中常遇到的问题。工程图样均用图解法画出它们的交线。什么情况下交线上的点可图解，什么情况下不可图解，必须预先予以判定。本文给出了交线上的交点可图解的判定定理，并阐明了在图示两二次曲面交线中的应用。     

基于非线性动力学模型补偿的水下机械臂自适应滑模控制

为满足特大型水利水电工程中的大直径超长距离引水隧洞定期检测的重大需求，智能化水下机器人系统成为当前的研究热点。为提高水下机械臂建模的准确性与控制能力的精准性，该文首先提出一种融合Newton-Euler方程、 Morison方程与非线性摩擦力的水下机械臂动力学模型建模及参数辨识方法，并在补偿已辨识模型的基础上，设计了一种利用径向基函数(radial basis function, RBF)神经网络补偿系统未建模与建模误差的自适应滑模控制方法。通过仿真，该文证明了该方法比传统比例积分微分(proportional integral differential, PID)控制和一般RBF网络自适应滑模控制具有更高的控制精度。     

全自主堵板操作机器人系统设计

为了减少核电站蒸汽发生器维修期间人员的劳动强度和辐射时间,设计全自主堵板操作机器人系统,来帮助维修人员完成主要管道的全自主密封,机器人系统包括机器手和两中机器人末端。利用视觉识别算法定位螺栓中心,从而引导机器人完成拧螺栓的动作。同时设计了基于堵板操作机器人的末端快换装置,为核电行业的自动化提供了基础数据。     

基于Halcon的蒸汽发生器堵板操作机器人视觉定位算法

蒸汽发生器的工作环境复杂、危险,施工人员在完成堵板螺栓紧固时存在一定的风险。介绍了一种基于图像识别的螺栓紧固方法。机器人自主作业平台主要包括机器人系统和图像采集系统两个部分,采用图像处理软件Halcon,实现基于灰度值的图像阈值分割,利用圆形曲线算法得到圆后,最终得到圆的几何中心。此外,还显示了采用扭矩和时间控制方法的紧固螺栓方法。最后通过螺栓实验和精度验证了图像识别和螺栓紧固的过程。结果表明针对堵板机器人螺栓定位问题采用的基于阈值分割的定位算法识别率为100%,定位最大误差为1.10mm,最小误差为0.92mm,满足堵板机器人螺栓自主定位的精度要求。