血管介入微创手术机器人系统控制研究

医生在进行血管介入手术过程中需要实时的X射线图像引导,而长时间的射线辐射会严重危害医生的健康.为了减小介入医生在手术过程中受到的辐射伤害,该文研究了一款基于双主手控制的血管介入微创手术机器人系统,并对其整体框架和控制方法进行研究.医生可通过上位机界面交互,进行主从遥操作,驱动从端机构完成介入手术操作.最后进行了血管模型试验,验证了该文的介入手术机器人具备多器械协同递送的功能.     

面向喉部微创手术的经口腔单孔柔性机器人设计

传统喉部微创手术主要是借助于支撑喉镜进行的.而这种方式建立的手术通道狭长,手术视野及手术操作空间受限,存在着视觉盲区及操作盲区.该文针对以上问题,设计了一种新型的经口腔单孔柔性机器人,该柔性机器人可通过弯曲运动改善视觉盲区与手术操作盲区.柔性臂外径为10 mm,最大弯曲角度可达225°,并且实现了双段弯曲.柔性臂内部集成了医用内窥镜,并预留了2个器械通道,可满足复杂手术需求.该研究还进行了喉部微创手术模型实验,验证了柔性机器人进行手术的可行性.     

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.     

脑外科手术机器人的机构分析与研究

机器人通常由机构，驱动及控制系统，软件系统和辅助系统组成。文中就脑外科手术机器人的一种机构设计进行了分析，并就定位误差问题，着重探讨了构件杆长误差和转动副间隙对它的影响。为脑外科手术机器人的设计与研制提供了理论依据。     

新型仿生介入机器人推进方式

生物管腔中运行的微型机器人驱动机理研究是当前机器人研究的一个热点．为研究适合于充满液体的生物管腔的微型管道介入机器人，基于精子的运动原理，提出一种机器人游动推进方案，建立了游动机器人动力学模型，对该推进方式进行了仿真分析计算．为证明该推进方案的可行性，制作了一个大尺度的机器人实验样机模型．实验表明：实验的结果符合理论的规律，从而证明理论的正确，该推进方式是可行的．     

机器人辅助脊柱微创手术系统设计与实现

研制了机器人辅助定位系统以解决脊柱微创外科手术中的高精度定位问题.分析建立了机器人的运动学模型,设计了一套以TI公司的DSP芯片TMS320LF2407A为核心的控制系统,介绍了该系统平台的工作原理、硬件设计与软件设计.系统已在实际环境下进行试验,满足设计要求.     

主从式遥操作血管介入机器人

传统的血管介入手术需要医生徒手操控导管,存在医生受辐射和人为因素影响手术质量等弊端.针对该问题,设计了用于辅助医生手术的主从式遥操作血管介入机器人.根据临床手术的要求,基于模块化理念,分别对机器人的从端推进机构、主端操控装置进行了结构设计,为主从模式的实现做了相关的软、硬件开发;对机器人样机进行了必要的性能测试,证实了该机器人具有小于1mm的运动控制精度和044ms的主从运动实时性.结果表明:该机器人系统解决了传统手术中的问题,在功能和性能上完全满足血管介入手术的要求,具有较高的临床使用价值.     

足球机器人带球与击球机构设计及其控制

通过对带球机构进行静力学、运动学分析获得带球辊实现带球的理论最低转速;通过对击球机构的动力学分析获得理论最佳击球点和击球方位.依据理论分析结果对旋球式带球结构和电磁式击球机构进行机构优化设计,提高带球的稳定性和击球的准确度.     

融合远心运动机构与串联机械臂的穿刺手术机器人系统研究

针对现有穿刺手术机器人远程中心运动(RCM)无法兼顾安全性、精准性及空间有效性的问题,提出结合RCM机构和多自由度串联机械臂,研制一款混联式穿刺手术机器人系统。首先,基于双平行四边形机构设计机器人末端RCM执行机构,用于保证穿刺手术过程中远程中心运动的精度与安全性;然后,结合串联机械臂搭建穿刺手术机器人系统以保证较大的工作空间;最后,设计混联式机器人与现有基于主动式RCM约束(ARCMC)的通用串联穿刺手术机器人系统RCM的定位精度对比实验。结果表明,与基于ARCMC的机型相比,所设计穿刺辅助机器人系统的远端中心俯仰运动和翻滚运动位置误差分别降低了52.6%和59.7%,且其工作空间也远高于基于被动式RCM约束(PRCMC)设计的穿刺手术机。由此可以证明所设计的混联式穿刺手术机器人系统在穿刺手术辅助方面的性能更好。     

多闭链式机器人机构动力学的理论研究

闭链式机器人由于具有许多优越性而引起了国内外学者的兴趣和重视，然而对这类机器人动力学方面的研究较少。本文首先简介了一种多闭链式机器人的机构特征，然后分析了该机器人机构整体动能的确定方法，继而采用了拉格朗日法分别就机器人机构整体的正动力学和逆动力学方程的建立，进行了初步的理论探讨。     

一种无纺布袋提手自动送进机构

为提高针刺无纺布袋加工过程自动化程度,设计了一种新型的无纺布袋提手自动送进机构.该机构采用步进电机驱动摩擦辊来实现软基布带的可靠送料,提手送进长度和旋转角位移通过步进电机脉冲数目来控制,无纺布袋身与提手间采用超声波焊接预紧固后,能可靠送入缝纫机进行缝制.并给出了基于PLC的控制流程     

基于力传感器的机器人变导纳控制人机交互策略

为了实现物理人机交互中手术机器人的姿态柔顺调整,该文提出了一种基于变导纳的机器人控制方案.人机交互操作必须对操作者非常直观,其主要难点在于感知周围的环境与人类的意图,并对它们做出充分、直观和安全的反应.为提高系统的直观性,该文提出的变导纳控制策略是基于力/力矩传感器来推断操作者意图,通过结合UR5机器人进行相关实验来验证该算法的性能.结果表明:基于变导纳的机器人控制方案能够满足人机交互操作中对姿态柔顺调整的需求.     

煤气管道机器人管径适应调整机构分析

提出了一种基于平行四边形轮腿机构、采用丝杠螺母调节方式的煤气管道检测机器人管径适应调整机构,介绍了该机构的工作原理;围绕机器人牵引能力的改善,对其工作过程中相关力学特性建立了数学模型,并进行了实验测试和验证,结果表明理论分析是正确的.该管径适应调整机构具有结构简单、管径适应范围大的特点.     

小子样条件下双路供弹机动作的可靠性评估方法

针对双路供弹机可靠性评估的难题,提出了用假设检验确定继承因子的Bayes方法,来避免可靠性评估方法中的数据融合问题.分别运用含有继承因子的Bayes方法、MML方法和LM方法对该机构的工作过程进行了可靠性评估和对比,所提方法既用到了各个单位的历史数据,又用到了系统的试验数据,提高了计算的准确性.采用仿真计算的数据,对所提方法进行了验证,验证结果表明,适当减少单元实验数据或增加历史数据组数,可有效降低系统试验成本,提高研发效率.验证方法为可靠性评估的进一步探索提供参考和依据.     

微创人工耳蜗手术导航匹配算法研究

微创人工耳蜗通道(Minimal Cochlear Access,MCA)是一种直接从颞骨的表面向内耳钻出隧道,然后在内耳植入耳蜗电极的手术治疗方式.相比于传统开放的耳蜗植入手术,MCA具有创伤小、耗时少、快速恢复及较少的并发症等优点.该手术的主要难点是要获取足够的精度,通常小于0.50 mm.该文对基于基准标志物的光学导航系统(Landmark-Based Optical Navigation System,LONS)的定量精度进行研究,通过不同的表面配准算法来获得稳定的精度.结果表明:在相同初始化条件下,颞骨模型匹配的目标配准误差(Target Registration Error,TRE)最小值为(0.16±0.01)mm.     

视觉引导下协作机器人抓取技术研究

针对在多物体复杂抓取场景下,协作机器人如何实现能在人机共融的环境中精确抓取特定目标工件及自主避障的问题,提出了一种基于监督学习的视觉引导下的协作机器人抓取方法;首先利用监督学习算法训练和处理待抓取物图像信息,完成对抓取目标特征的快速识别与定位;然后将抓取物的定位信息通过串口通信协议传输给ROS系统控制机器人完成运动规划...