丝传动3-S■R并联机构运动学分析与力反馈控制

并联机构刚性高且动态性能好,用于开发力反馈设备时,在力觉刚性以及位姿分辨率方面优势明显.学界与业界多基于Delta机构开发高性能并联力反馈设备,本文采用3-S■R并联机构设计和开发出一种新型力反馈设备.采用丝传动方式并基于差动原理,提出了一种新型直线动单元作为3-S■R并联力反馈机构驱动副,有效提升了力反馈设备的位姿分辨率与力觉刚性.并联机构的位置正解效率直接影响操控力反馈设备的实时性,本文以动平台中心和球铰链中心距为中间变量,构造出量纲统一的迭代矩阵,实现了该机构位置正解模型的高效求解.相较于传统位置正解的数值方法,求解效率提升近一个数量级,大幅提升了该力反馈机构的位姿反馈实时性.在运动学模型的基础上,基于虚功原理建立了力反馈机构的力映射模型,提出一种含机构重力补偿的反馈力计算方法.基于上述方法开发算法并设计出控制系统,实现了力反馈机构的位姿实时监控及反馈力控制.通过重力补偿实验,验证了上述方法及其控制系统的有效性.     

汽车线控转向系统的路感反馈技术综述

汽车线控转向系统取消了转向盘与转向轮之间的机械连接,通过力反馈装置提供转向时的转向盘阻力矩以实时提供路感反馈.路感反馈是线控转向系统的核心技术之一.总结了线控转向系统的国内外研究现状、实现线控转向系统路感反馈的几种典型结构和路感产生的机理,分析了线控转向系统路感反馈的多种控制算法和控制方法;研究了线控转向系统路感反馈的实验方法,为研发线控转向系统提供了参考.     

基于多体理论的虚拟血管缝合分析

针对传统主从式医疗机器人在客观爷件限制的情况下很难实现主从手之间的实时力反馈的问题，提出了通过虚拟现实技术实现虚拟力反馈以替代真实力反馈的方法．以“妙手”系统为研究对象，在建立显微外科手术血管缝合过程中缝合线力学模型的基础上，根据多体系统动力学理论，对由人、互感装置和虚拟环境组成的广义多体系统进行了动力学分析，由凯恩方程建立了该系统的动力学方程．通过主手的仿真数据与从手缝合过程检测数据对比分析可知，主手和从手有相同的运动特性、证明借助虚拟环境的力反馈作用，操作者通过主手可以真实地感受到从手的运动特性．     

支持力/触觉反馈的虚拟肝脏手术仿真系统

为提高支持力/触觉反馈的虚拟肝脏手术仿真系统的精度和实时性,提出了一种基于物理意义的平行菱形链连接变形模型.该模型中由于各个链结构单元中菱形的长度等比例变化,计算量小,改变链结构单元中菱形的长度和夹角就可方便地对不同的柔性体进行建模.同时还讨论了系统的结构设计、柔性体形变计算、快速碰撞检测和实时力/触觉反馈操作等.基于6-DOF Delta手控器建立试验平台,并结合力/触觉反馈计算实现了虚拟肝脏手术的拉拽、按压等变形仿真.实验结果表明,该系统力/触觉感觉平稳、模拟效果逼真,能够满足虚拟现实系统对精细作业和实时性的要求.建立简单逼真的物理变形模型和精确快速的碰撞检测算法,有助于提高虚拟肝脏手术仿真系统的性能.     

盘式磁流变液阻尼器的简化逆动态模型

针对磁流变液阻尼器高度非线性特性导致的控制难问题,提出一种简化的逆动态模型.该模型可由速度反馈算法或力反馈算法实现,可以用来计算磁流变液的屈服应力或输入电流,使磁流变液阻尼器实时地产生一个阻尼力,并确保该阻尼力达到从各种优化算法中获得的目标控制力.在此基础上将盘式磁流变液阻尼器应用于力反馈系统中,并将简化逆动态模型用于...     

虚拟消化道内窥镜训练系统

介绍了一种应用虚拟现实技术实现消化道内窥镜训练功能的系统.主要讨论了通过计算机三维可视技术,对医学断层影像重建得到三维训练模型;并讲解系统外设实现操作量采集和力反馈的工作原理,以及系统仿真软件采用的质点-弹簧/阻尼物理仿真模型.学员可在这一具有虚拟场景和真实力感相结合的训练环境中反复训练,从而不断提高业务操作水平.     

视觉传感机器人焊缝跟踪系统

利用环形激光扫描传感器,建立了一种用于焊缝定位与焊缝跟踪的孤焊机器人视觉传感系统,基于图像分割、特征提取和三维计算等技术,实现了待焊工件形状位置信息的三维数值计算,并以对接焊缝和斜坡焊缝为对象进行了焊缝定位和焊缝跟踪试验.结果表明,提出的弧焊机器人视觉系统能够实时获得被焊工件的形位信息,实现焊缝的实时定位与跟踪.     

现实反馈的仿真算法研究

指出虚拟现实和仿真的方法已在多个工业领域中得到应用,但目前仿真应用都有一个特点:缺少现实反馈信息指导仿真场景的绘制,控制信息只能单向传输.而在很多领域的应用中,仿真场景需要"忠于"现实场景,从而需要一个信息从现实反馈的方法.现实反馈的关键问题就是如何使仿真场景中物体始终与现实中的对应物体一致,包括形状一致和位置一致.针对此问题,提出一种方法,即通过精确建模保证形状一致,通过合适的模型变换保证位置一致.模型变换矩阵的计算方法是:定义和测量物体上的3个控制点,根据三点的模型坐标和世界坐标计算.利用这种算法构建实时仿真场景的数据要求是:预先建造好的零部件模型;每个刚性部件需测量反馈3个控制点的坐标.这种算法可作为仿真监控系统的数学基础.     

多移动机器人双边遥操作系统中反馈力信息设计与研究

为了研究在多移动机器人双边遥操作系统中反馈力对机器人运动性能的影响,设计了一种一对多的遥操作系统半物理仿真平台.同时基于主从端之间速度偏差与障碍物排斥力设计了2种不同的反馈力.在该双边遥操作系统中,主端操作员通过力反馈人机交互设备控制从端多机器人系统的平均速度,从端机器人系统能够响应主端操作员的命令,同时操作员可以借助反馈力感知从端多机器人系统的运动状态.半物理实验结果表明,相比于没有力反馈信息的遥操作系统,多机器人系统的运动性能得到了提高;相比基于障碍物排斥力设计的反馈力,基于主从端速度不匹配设计的反馈力,更有利于从端的多机器人系统避障、跟踪参考轨迹以及主端给出的参考速度.     

机器人力控制系统仿真分析

本文对由Movemaster-EX机器人和HUST-FS6腕力传感器组成的力控制系统进行了分析,讨论了接触物体和腕力传感器刚度、力反馈矩阵、库仑摩擦以及间隙非线性对整个力控制系统稳定性的影响;引入力的微分反馈有助于增强力控系统的稳定性,用单关节机器人模型进行了仿真研究.结果表明,接触物体综合刚度、力反馈矩阵、库仑摩擦和间隙非线性对力控系统影响很大;引入力微分反馈能改善系统性能.     

具有力反馈的心血管介入虚拟手术模拟器的研发

目前我国介入手术医生的总量远远不能满足冠心病患者的治疗需求,运用新的心血管介入手术训练手段来加快医生的培养显得尤为迫切,故开展心血管介入虚拟手术系统的研究有重要意义.针对心血管介入虚拟手术模拟器进行研发,对心血管介入虚拟手术力反馈模拟器进行总体设计,该文设计了心血管介入手术介入导丝、导管的运动功能、力反馈功能模块的机械结构与控制系统,设计了X光透视开关、造影剂注射剂量采集、球囊加压气压采集等辅助介入操作仿真模块.研究表明:集成的心血管介入手术模拟器系统满足医学培训的需要.     

基于实时测量的两杆柔性操作臂的模糊补偿控制

将计算力矩方法和模糊逻辑单元相结合,对带有柔性杆件的机器人操作臂的轨迹跟踪控制进行了研究。一套集成激光传感系统实时测量柔性杆臂的弹性变形,并用于机器人操作臂的补偿控制。     

基于dSPACE并行处理平台的宏-微机器人控制系统

基于dSPACE并行处理平台研制了四自由度激光作业的宏=微机器人及其控制系统，系统结构开放，运行可靠、计算性能高，并且可以将实时控制与实时仿真相融合，实现了与MATLAB的无缝连接，宏机械手的关节位置测量采用30对级的多级旋转变压器，微机械手关节位置测量采用电容式位置传感器，通过PHS（peripheral high speed）总线接口采样关节位置，输出控制力矩，驱动电路采用双极性H桥型脉宽调制（PWM）功放，为了保证机器人运动的安全性，功放电路中设计了过流保护，电流以负反馈和电源连锁电路。     

电动汽车轮边减速驱动系统转矩检测方法

提出了基于齿轮传动特征和力传感原理的电动汽车轮边减速驱动系统转矩检测新方法,旨在为分布式驱动电动汽车轮边电机的控制提供实时、精确的输出转矩反馈信息.阐明了布置于轮边齿轮减速器轴承端部的偏心套式转矩检测机构的工作原理,根据齿轮机构传力分析,导出轮边电机转矩检测公式;通过仿真分析、样机试制和试验测试,验证所述转矩检测方法的可行性和检测精度的准确性.该转矩检测方法有利于电动汽车驱动电机的高效控制,改善电动汽车的能源利用率和行驶性能.     

磁刚度与电磁悬浮的稳定性分析

电磁悬浮，也称为引力悬浮，简称EML，即利用铁磁体和电磁体之间的吸引力来悬浮物体，电流恒定系统本身具有不稳定性，需要反馈力来稳定EML装置。要实现稳定性设计，EML中主要有两种控制方法，一种是直接的，位置反馈控制方法，另一种是ac调制或间接的反馈方法。为了实现稳定悬浮，磁力应具备恢复力的特征。在此先分析了两种悬浮系统的磁力，提出直接利用磁刚度（类似于弹簧刚度）的概念进行两种电磁悬浮的稳定性设计。在直接位置控制中，要实现的条件是控制刚度要比负的磁刚度大；在间接控制中，需要满足的条件是磁刚度大于零。     

BLDC位置伺服系统的离散滑模输出反馈控制

研究了有界不确定离散时间系统的输出反馈滑模控制设计问题。提出一种基于多速率采样输出反馈和幂次函数趋近律的离散滑模控制方法,并将研究结果用于设计无刷直流电机位置伺服系统。该方法仅需已知位置信号即可完成位置伺服系统的设计。理论分析及仿真结果表明,所设计的控制器可以消除系统抖振,并使伺服系统具有良好的跟踪能力和强鲁棒性。     

多关节柔性机器人手臂的振动分析和振动控制

本文应用机电一体化的研究方法,推导了柔性机器人手臂的振动方程式,并结合控制系统,推导了机电系统的动态方程.对在任意位置上有集中质量的变截面桑性手臂进行了振动分析和数值仿真,并进行了实验验证.证明了本文的分析方法的妥当性和位置反馈的抑制技术是相当有效的.     

机器人的主动顺应控制

本文提出一种新的机器人顺应控制方法,该方法运用力反馈控制技术使原来只具有位置控制能力的通用机器人成为同时具有力和位置双重控制能力即顺应控制能力的机器人。同时用一台功能较强的通用计算机取代原系统的专用机作为控制主机来提高系统的控制精度、速度和编程能力,使用户摆脱专用机器人语言的限制,更方便地用高级语言编制程序,实现对机器人的各种控制,文中还给出了机器人系统刚度的测试方法和以此为基础的去耦力反馈矩阵的计算。     

应用加速度反馈的船舶动力定位系统研究

由于动力定位船舶会持续暴露在环境的干扰之下,所以动力定位系统的目标在于通过运用合适的推进器推力来抵抗风浪流的扰动,从而维持期望的位置和艏向。通过引入测量加速度反馈和惯性测量单元,提供一种方法来更好地补偿波浪漂移产生的缓慢变化的力,设计出一种低速跟踪控制器来削弱波浪的干扰。经过仿真实验证明,在定量推力的情况下,使用加速度反馈能显著提高纵荡方向的定位精度。     

侧脑室穿刺术的力反馈仿真

针对侧脑室训练模型缺乏的问题,提出一种适用于侧脑室穿刺术的虚拟手术培训系统.将软组织与穿刺针交互过程产生的力分为3种,以模拟穿刺力的层次感,从而极大程度上还原穿刺手感.特别地,在形变力分析中构建软组织形变模型,并提出形变模型参数的转化方法.在3种力的基础上,提出穿刺力的力反馈计算模型,结合力反馈设备将其应用于侧脑室穿刺术中.选猪脑组织进行穿刺力实验,结果表明,猪脑穿刺的穿刺力与虚拟穿刺穿刺力间的最大差值为17.25 mN(<20 mN),力的两次突变以及变化趋势具有较高的一致性,能够最大程度上接近真实手术手感.