面向排爆机器人的虚拟仿真训练系统设计与实现

针对排爆机器人使用和训练的需求,设计并实现了一套排爆机器人虚拟仿真训练系统.首先分析了排爆机器人的常见结构,针对一种通用结构设计的排爆机器人设计了仿真训练系统的结构,并对仿真系统的几何建模、运动模型和碰撞检测进行了分析,最后实现了排爆机器人虚拟仿真训练系统.该系统使操作手能够熟悉并掌握排爆机器人的操作.     

自由飞行空间机器人电联试实验平台的研制

为检验自由飞行空间机器人(FFSR)系统各个部件电接口传递信息的正确性及系统在轨执行任务的能力,采用数值模拟方法,通过软硬件结合的方式建立了FFSR电联试实验平台.该平台主要由主控计算机、主机系统、虚拟关节、虚拟视觉等4个功能模块组成.在此平台基础上建立了基于视觉反馈的机械臂运动控制算法和电机三环控制模型.该平台可用于对实际FFSR系统的数值仿真.对电联试实验平台的测试结果表明,该平台能够很好地完成对实际机器人系统通讯能力的模拟测试及系统控制算法的仿真验证.     

基于虚拟仿真的龙门机器人板材智能分拣系统及方法

在木门加工生产线上,针对龙门机器人对不同尺寸板材分拣的需求,本文提出了一种基于虚拟仿真的龙门机器人板材智能分拣实验系统。该系统基于Unity3D软件平台开发,搭建了龙门机器人分拣任务虚拟仿真场景,并在虚拟仿真实验场景中完成了虚拟数据集采集、相机标定以及手眼标定。针对不同尺寸的板材分拣任务,本文提出了基于板材的矩形角点势自适应识别的智能分拣算法,首先利用目标检测模型在局部区域内对板材进行角点检测,由双目成像原理恢复出的角点三维坐标计算板材尺寸和目标板材的抓取位姿,以此完成木门的分拣。该方法在相机采集图像过程中出现板材被遮挡的情况以及在板材复杂纹理和复杂背景的情况中更为鲁棒。此外,该方法完全在虚拟仿真环境下进行开发测试,不仅节约成本、安全高效而且方便进行多种测试方案的改变,对于向真实场景进行算法迁移和开发具有积极作用。实验结果表明,本文提出的方法可以完成龙门机器人板材智能分拣任务,对设计木工家具制造过程中龙门机器人智能分拣系统具有指导意义。     

脑外科机器人结构分析与参数优化设计

为实现脑外科机器人在脑外科手术中辅助医生进行精确导航定位,进行了机器人结构灵活性及手术空间要求的研究.首先,研制了一种五自由度脑外科机器人结构,利用D-H方法计算了机器人运动学的正反解方程.其次,运用MATLAB软件对机器人的工作空间、灵活性及手术空间进行了可视化仿真,仿真的结果表明该机器人结构可以用来辅助医生选择最佳手术路径,并以上述分析为依据提出了一种机器人结构参数优化设计的方法.最后通过手术模拟试验验证了所设计的机器人灵活性满足脑外科手术要求.     

码垛机器人刚柔耦合动力学仿真分析

目的以码垛机器人为例,探讨刚柔耦合系统的运动学、动力学仿真分析方法,分析杆件弹性变形对机器人末端运动精度的影响。方法利用Matlab/Robotics工具箱编程,对码垛机器人进行运动学仿真,获取各关节角位移曲线;利用ADMAS建立虚拟样机,对码垛机器人进行动力学仿真;同时,利用Ansys对机械臂等杆件进行柔性化处理,生成mnf中性文件,导入ADAMS中建立刚柔耦合模型进行仿真分析。结果得出了码垛机器人在高速重载运动过程中机械手末端的位移偏差曲线,以及各关节的驱动扭矩。结论刚柔耦合分析方法更加直观、准确地模拟了机器人的实际工作状况,提高了在动载荷作用下对零部件动态响应分析的准确性,为码垛机器人的设计优化及驱动选型分析提供了理论依据。     

光学定位机器人微创手术系统视觉伺服控制

为满足机器人辅助微创手术系统手术中轨迹跟踪和绝对定位的高精度要求,为其研制了一个基于光学定位的视觉伺服系统.该系统采用光学跟踪定位手段,实时测量机器人末端位姿并反馈,在光学测量空间实现全局闭环的位姿校正控制,使影响机器人轨迹跟踪和定位精度的主要误差因素得到有效校正,从而保证了机器人跟踪和定位的高精确度.分析了系统的组成和工作原理,提出一种笛卡儿空间位姿校正和关节空间速度控制综合的轨迹跟踪控制方法,仿真结果验证了该方法的有效性.     

基于Web的工业机器人3D虚拟动态监控系统

针对由Co De Sys Soft Motion控制的六自由度工业机器人,设计了一种基于OPC标准协议和Web技术的工业机器人3D(三维)虚拟动态监控系统。基于.NET平台的Windows窗体应用程序框架和My SQL数据库,采用C#语言设计了工业机器人监控客户端程序;通过Co De Sys OPC服务器配置工业机器人各关节角和运动状态为数据项,采用Web GL技术和three.js框架建立了六自由度工业机器人Web3D模型,基于机器人运动学设计了工业机器人3D动态网页。实现了工业机器人关节角和状态数据传输和存储,以及基于Web的工业机器人3D虚拟动态监控功能。     

四足机器人高速动态行走中后腿拖地问题研究

进行了用配重法和姿态调整法消除四足机器人Biosbot高速动态行走时由于重心偏置产生的后腿拖地现象的研究.进行的虚拟样机仿真及实物机器人实验验证了这两种方法的有效性.研究发现,配重法使机器人腿关节承受额外负载,极易造成轴联接件磨损、变形;姿态调整法效果比较明显,但也存在摆动腿足端回缩、质心回缩振荡等问题,会导致机器人运...     

机器人双臂建模与击掌碰撞虚拟样机仿真

碰撞是仿人机器人研究的难点.今设计了5自由度仿人机器人上肢体,并且基于雅克比矩阵建立了速度运动学模型;基于拉格朗日能量函数法,建立了动力学模型;采用广义非线性等效弹簧阻尼模型,建立了碰撞动力学模型.参照人体特性,搭建了ADAMS虚拟样机仿真平台,进行了上肢体击掌动作仿真实验,开展了不同刚度系数值下的手部接触碰撞仿真.实验曲线表明动作仿人,角速度曲线满足正弦曲线形态;碰撞中,肘关节所受力矩最大;缓冲后,腕关节所受力矩大于肘关节.证明碰撞仿真平台有效,碰撞时应采用较小的仿真步长.     

基于虚拟安全操作平面的机器人粒子植入规划方法与实验研究

采用机器人辅助医生完成粒子植入手术,其机器人末端定位精度、安全操作性能以及自动化程度,对临床应用有非常重要的意义。本文在搭建了粒子植入机器人实验系统的基础上,研究了机器人位置闭环控制算法,并提出了一种基于虚拟安全操作平面的粒子植入规划方法,该方法避免机器人操作事故和减小手术时间、能耗。结合虚拟安全操作平面策略、Hopfield神经网络最短路径搜索以及6步循环粒子植入运行程序这3个过程,设计了安全可靠、人机协助的智能化前列腺粒子植入机器人控制系统上位机控制软件。完成了粒子植入精度评估实验,粒子在x向放置精度相对较高,在y向和z向位置误差分别为0. 25mm和0. 34mm,粒子整体的放置精度误差为0. 84mm,粒子植入操作时间(和医生对比)减小了60%左右。     

基于虚拟现实技术的下肢骨折手术应急训练系统设计

目的针对虚拟现实技术的优势及特点,以下肢骨折手术中突发静脉出血为例,探讨虚拟现实技术在手术应急训练领域的创新应用。方法首先以虚拟现实技术的理论和其在医学领域的应用现状为基础,通过分析骨科手术中的风险因素及传统手术仿真训练方式在突发状况训练方面存在的缺陷,提出虚拟现实技术应用手术应急训练领域的必要性。然后采用用户访谈及文献研究等方法建立手术相关的医疗数据库,最后基于UnrealEngine4软件开发出虚拟手术应急训练系统,并且针对可穿戴的交互设备进行创新设计。结论虚拟现实技术在下肢骨折手术应急训练领域的应用是一个新的研究方向。基于虚拟现实技术的手术应急训练系统不仅可以实现传统的手术仿真模拟训练,而且可以实现手术中的应急反应训练,从而提高医生在手术中的操作技能和应急反应能力。它解决了传统手术训练方式难以实现应急反应训练的问题,具有操作简单,成本低及体验感强等特点。     

基于改进干扰观测器的虚拟轴机床滑模控制研究

圆弧齿轮加工用虚拟轴机床伺服系统存在的不确定性会影响系统的性能,从而降低圆弧齿轮的加工精度;同时,滑模控制中抖动现象会影响控制的精度和稳定性.为提高虚拟轴机床的加工精度和抑制滑模控制中的抖动现象,提出了基于改进观测器的滑模变结构控制算法来控制虚拟轴机床的伺服电机,算法中采用该干扰观测器对系统中的不确定性进行观测,利用饱和函数代替符号函数来抑制滑模控制中的抖动现象.推导了基于改进观测器的滑模变结构控制律,并证明了所设计控制器的稳定性;为验证算法的有效性,在MATLAB中进行了仿真,仿真结果表明:所提出的算法能够有效地观测系统中存在的不确定性因素,并抑制滑模控制中的抖动现象,系统具有较强的位置跟踪性能和抗干扰能力.     

基于VR技术的虚拟维修仿真系统设计与应用

针对产品并行研发模式下的维修性问题,将虚拟现实技术引入到产品维修仿真中,即在计算机生成的虚拟现实环境中对产品进行维修仿真分析。文中以单通道被动立体投影系统为虚拟现实环境,以DELMIA、VRCO VisTool、CDVI、Pro/E等软件为虚拟现实软件系统,构建了一个虚拟维修系统,阐述了系统中VR外设集成、环境建模与数据转换、碰撞检测、人机工效和立体显示等关键技术。最后以某型雷达天线转台维修为例,验证了虚拟维修的有效性。     

基于设计师行为模型的设计策略仿真研究

目的以配色设计为对象,对采取不同设计策略所得到的迭代设计方案开展研究,探索设计师通过团队协作优化设计方案的内部机制。方法构建设计师的行为模型,以此行为模型为基础基于CorelDraw平台的二次开发,编写设计师仿真系统,基于概率特征模拟设计师的原创、修改、交叉遗传等设计行为;以中国传统的京绣纹样作为设计对象,利用仿真系统模拟设计师工作生成配色设计方案。系统通过外部评价者对设计方案进行打分评价,基于不同的设计策略循环迭代直至得出满意解。结果开发了设计师模拟仿真系统,并基于仿真实验数据,分析各种策略下的迭代方案的统计特征。结论在原创、修改、交叉遗传3种设计策略下的方案经多次迭代,不同策略下生成的方案评分趋势呈现出明显的差异,对团队创新的管理模式提出了建议。     

A Novel Twist Deformation Model of Soft Tissue in Surgery Simulation

Real-time performance and accuracy are two most challenging requirements in virtual surgery training. These difficulties limit the promotion of advanced models in virtual surgery, including many geometric and physical models. This paper proposes a physical model of virtual soft tissue, which is a twist model based on the Kriging interpolation and membrane analogy. The proposed model can quickly locate spatial position through Kriging interpolation method and accurately compute the force change on the soft tissue through membrane analogy method. The virtual surgery simulation system is built with a PHANTOM OMNI haptic interaction device to simulate the torsion of virtual stomach and arm, and further verifies the real-time performance and simulation accuracy of the proposed model. The experimental results show that the proposed soft tissue model has high speed and accuracy, realistic deformation, and reliable haptic feedback.     

基于虚拟现实技术的带式输送机设计系统

基于虚拟设计技术和面向对象的组件技术,开发了带式输送机设计系统.通过建立可视化动态图形组件,系统实现了可视化动态侧形建模、模型验证、虚拟载荷分析、动态响应仿真分析、虚拟监测控制和三维虚拟场景等功能.系统应用表明,采用虚拟设计技术进行大型带式输送机系统设计分析是切实可行的,可以缩短设计周期,节约设计成本,提高设计质量,确保设计安全可靠.     

气瓶焊接设备的虚拟改装设计

 基于虚拟制造(VM)技术讨论了设备虚拟改装的原理和特点，提出虚拟改装系统的实现方法和运行模式，讨论了老旧机床本体及新附加装置的建模方法，并在工业用非重复充装焊接钢瓶生产线建设中，进行了焊接专机的改装实践.利用虚拟技术确保机床改装一次性成功，降低老旧设备改造的工程成本，在生产中能满足工艺要求.     

虚拟现实航天仿真技术研究

现阶段的航天仿真一般集中在多媒体仿真与可视交互仿真,其沉浸感不强。针对以上不足,论文结合虚拟现实仿真技术的特点,利用多通道显示技术和一系列开源软件开发了一个基于虚拟现实技术的航天仿真系统,并且结合实际应用提出各通道独立显示和完全显示模式,实现了数据计算与三维演示部分的分离显示和数据驱动,弥补了现在多通道演示系统形式单一的不足。该系统具有平台移植性好,沉浸感强等特点。     

虚拟仪器在纺织机械动力学分析中的应用研究

基于虚拟仪器技术 ,研制了纺织机械动力特性测试系统 ,系统由数据采集、数据处理和输出显示等部分组成 .可测定纺织机械器材的固有频率、阻尼比和振型 ,并可模拟显示振型动画 .本系统已在纺织机械器材动力学分析研究实践中应用多年 ,取得了良好效果 .     

基于虚拟仿真技术的灌装生产线设计与仿真

目的 针对灌装生产线的设计与验证过程,基于虚拟仿真技术,实现灌装生产线的快速设计与验证。方法 首先通过分析灌装生产线的生产过程,利用SolidWorks三维建模软件分别对灌装生产线中的灌装机、搓盖机、贴标机、喷码机、装箱机等设备设计三维模型。然后将所有设备的三维模型导入Demo 3D仿真软件,进一步按照各设备的动作流程对模型进行动作设计及运动规划,构建灌装生产线虚拟仿真系统。最后根据设备功能和生产产能要求,在虚拟仿真系统中通过不断地调整设备机械结构及机构的运行速度,最终实现灌装生产线的快速设计与迭代优化。结果 得出灌装生产线的优化设计方案,并根据该设计方案研制出灌装自动生产线,生产线的产能为2400 瓶/h,满足企业要求。结论 该方法能够实现灌装生产线的快速设计与验证,缩短设计开发周期,减少设计和验证成本。