主从式微创外科手术机器人主手设计

主从式微创手术(m in im ally invasive surgery,M IS)机器人系统是医学中的微创手术技术和机器人技术相结合的典型产物。在手术中,手术机器人能够辅助医生进行各种手术操作及精确的定位,并且提供稳定的操作平台。通过分析腹腔镜手术中手术器械的典型运动空间和医生手术操作的动作,以及微创手术机器人从手的结构形式和运动,根据从手的操作要求,我们设计了一种适用于腹腔镜手术的主从式机器人系统的主手结构。模拟试验和仿真结果表明所设计的主手结构满足微创手术的要求。     

一种便携式架空配电线路带电剪接火自动装置的设计

设计了一种便携式架空配电线路带电剪接火自动装置。该装置可以分为拧断执行机构、辅助系统及控制系统等三部分。针对各个部分进行了设计且给出了设计图,做出了样机,进行了现场试验。试验结果表明,该装置能够实现穿刺线夹对配电线路的压接并且效果良好。     

数字化尾座的研制

针对传统尾座钻孔时效率低下和钻长深孔时钻孔深度受到限制的实际问题,对传统尾座作了一次创新性改进,设计了数字化钻孔装置.装置可以和数控车床共享数控系统.还设计了与装置配套的专用控制系统,配上专用控制系统,装置还可用于普通车床,使普通车床的孔加工实现自动化.     

手术机器人及操纵杆控制装置的设计与实现

主要研究一种多自南度手术辅助机器人系统，并重点阐述了一个新型的多自由度关节型机器人示教方式，即操纵杆控制系统。该控制系统可以完全控制机器人末端执行器的空间位置和姿态，方便医生进行更直接、安全的操纵。通过试验验证，操纵杆控制系统适合作为手术辅助机器人的“手把手”示教装置。     

全液压操作伸缩臂式隔水管卡盘装置研制与应用

研制了全液压操作伸缩臂式卡盘装置,介绍了该装置的结构特点、液压控制系统原理、有限元分析结果,依据API SPEC 16F完成了样机试验、验证载荷试验、液压系统压力试验、功能试验等试验,获得了美国船级社(ABS)的第三方认证;取得了开口可调式卡盘装置结构设计、单面J形坡口全熔透埋弧焊接技术、耐磨动载卡盘装置研制技术等3项技术创新;该装置已完成20余口井的隔水管起、下作业。现场应用情况表明,该装置操作简单,可适应目标平台两种规格的隔水管同时作业,提高了效率,减少了操作风险,具有推广应用价值,可为国内其他平台配套卡盘装置提供有益参考。     

基于PLC的立根自动输送系统的PID同步控制设计

针对陆地立根输送系统,为在输送的第二阶段能够将钻具输送至方便吊卡吊取和工人操作的合适位置和角度,并解决两个液压支撑臂对输送臂同步举升的问题,设计了一种基于PLC的立根输送系统的PID同步控制系统。首先,介绍立根输送装置各部分（坡道、底座、输送臂、液压辅助装置、送钻小车和液压绞车）的原理和工作过程。其次,根据目标功能,选择西门子S7-200smartPLC进行控制系统设计,采用电液控制相结合的方式完成输送系统的功能设计,同时运用PID实现同步控制,运用变频器控制送钻装置实现多段速控制,完成程序的设计接线。最后,对PID程序进行组态调试,并设计控制面板。结果表明自动化控制下的陆地立根输送系统更加安全稳定,自动化程度进一步得到提高,钻具输送效率大大提高。     

有效提高椎弓根置钉通道规划质量与效率的CAD技术研究

为椎弓根置钉通道的规划提供精确、简约和高效的C A D技术,对进一步降低椎弓根螺钉内固定手术风险、提高手术响应速度具有重要意义。提出了基于最小二乘理论对进钉方向进行二次修正、利用C A D软件的内置功能对进钉点位置进行三次修正、不局限于等距椭圆框定的安全区域以获取更大安全通道直径的技术路线,提升了通道规划的质量与效率,并成功应用于3D打印椎弓根置钉瞄准器的设计。     

颅颌面肿瘤放射性粒子植入手术机器人设计与实现

放射性粒子植入治疗术是目前治疗颅颌面肿瘤的一种有效手段,但存在手动植入精度低、手术时间长、医生遭受辐射等问题。为此结合手术特点和需求,设计了一种新型的颅颌面肿瘤粒子植入手术机器人,以实现机器人自动植入粒子辅助治疗颅颌面肿瘤的目的。本文设计了颅颌面肿瘤粒子植入手术机器人系统,完成了机器人本体和粒子植入装置的机构设计,建立了运动学方程并给出了机器人到达目标点的各关节运动学解。最后,设计了机器人连续自动植入粒子手术模式下的控制系统,完成了基于标记点的空间配准,实现了机器人自动植入粒子。实验表明,该机器人定位精度高,可安全有效的自动植入粒子,满足颅颌面肿瘤手术要求。     

基于FNTFSMC的国产腹腔镜手术机器人轨迹控制

针对国产腹腔镜手术机器人轨迹跟踪控制的关键问题,在动力学模型的基础上,构建了自适应模糊滑模控制系统。该方法采用快速非奇异终端滑模面,确保系统能够在有限时间内收敛,并且避免了控制奇异的问题,同时运用模糊逻辑控制,根据系统误差的变化动态调节滑模切换项的大小,在保留滑模控制鲁棒性的基础上,减小了系统的抖振,提高了被控系统的跟踪精度和鲁棒性。仿真结果显示,所设计的方法具有收敛速度快、稳态精度高、力矩脉动小的特点,能够将位置的收敛时间从0. 6～0. 9 s减小到0. 1 s,稳态误差峰值由0. 035 rad减小到0. 01 rad。针对动物活体组织的实验结果显示,所设计的控制系统能够实现机械手术臂对医生操作信息的准确跟踪,为手术的顺利实施提供了保障。     

钻管夹持装置控制系统设计

对钻管夹持装置的控制系统进行设计开发,系统硬件以单片机和工控机为基础,软件以NI公司LabVIEW软件为开发平台,具有对钻管夹持装置进行远距离操作、设备工作状态数据收集和异常报警等功能。此系统的开发与成功应用,提高了该装置操作的便利性、降低了劳动强度、减小了作业人员的风险。     

小型鼠笼式转子铁芯内孔自动钻孔专机的开发

小微企业钻削铁芯内孔通常采用人工操作专用夹持工具在台钻上钻削,提高了生产效率但质量得不到保证。为了降低人工成本,提高生产效率,满足小型电机配件生产厂家的需求,研制了一种小型鼠笼式转子铁芯内孔自动钻孔专机。该专机基于自动钻孔机动作方案,完成了气动系统回路设计、电气控制系统的设计、PLC控制电路以及端口的设计。通过样机试制试钻表明,所设计的自动钻孔设备能完成预定的功能。     

活动模板式钻孔与攻丝组合机床设计

阐述了活动模板式钻孔与攻丝组合机床的工艺方案,介绍专机多轴箱、活动模板、夹具的设计及工作原理,并且解决了在一台专机上完成钻孔和攻丝两道工序的难题,不仅节省了一个机床的主轴动力箱、滑台等一套机构和控制系统,还节约了工作场地,减少了操作人员。提高了经济效益。     

自动化生产线上柔性次品剔除系统研究

设计了一种柔性次品剔除系统.该系统包括多气缸的气压装置和PLC控制装置,设计出了柔性次品剔除装置的基本结构,并分析了它的工作原理;同时给出了气压控制系统的控制回路及其电气原理图.通过实际项目的研究表明,该系统能够完成自动化生产线上次品剔除,并且不会对分离的次品造成损坏.     

椎板减压手术机器人运动学分析与轨迹规划

椎板减压是治疗腰椎椎管狭窄等疾病的重要手段,具有风险大、耗时长、对医生技术要求高等特点,通过应用手术机器人辅助医生完成椎板减压操作,能在保证手术精度与安全性的前提下减轻医生负担。针对椎板开窗减压术,研发小型串联手术辅助机器人,并对手术轨迹规划方法展开研究。文章综合考虑术中患者摆位、手术区域覆盖范围以及机器人占地空间等因素,通过尺度分析设计出具有最优刚度与精度的五自由度机器人;以椎板磨削中的轨迹规划为目的,基于医学影像数据多尺度分割技术对患者椎板等组织进行分割与三维重建,构建轨迹规划的实际临床环境;采用Isomap与遗传算法实现机器人的磨削轨迹规划,并利用三次样条插值提高机器人运行稳定性;同时采用A*算法实现椎板换位过程中的轨迹规划,避免机器人在三维空间中运动时与非目标区域发生碰撞。     

舱门开关装置液压试验台设计

舱门开关装置是某型水下潜航器的重要组成部分,为了规避风险,舱门开关装置设计加工完成后,必须对其功能及性能指标进行试验验证。结合舱门开关装置的应用特点、功能及性能指标要求,设计了一套液压加载试验台,通过试验验证,该试验台可较好地模拟舱门负载,能够完成对舱门开关装置的检验及验收。     

一种基于双机器人的自动钻铆终端器设计

针对大型飞机的机身壁板零部件装配,提出一种基于双机器人协同的机器人钻铆终端机构以及与其配套的自动供钉装置。通过机器人夹持终端机构进行自动钻锪孔及辅助铆接试验,验证了机器人自动钻孔、顶紧及辅助铆接的可行性;分析并得出铆钉输送管道的最小弯曲半径计算方法及防止铆钉卡死的必要条件,保证了供钉过程中铆钉在柔性管道中输送的可靠性。实验与理论计算结果表明:该钻铆终端机构及其自动供钉装置的输送管道能够满足双机器人自动钻铆的应用要求。     

太阳能热水器燃气辅助加热的液压装置及控制系统设计

太阳能热水器因为在冬季或阴雨天供热效果差,目前普遍采用电辅助加热的方法,但存在漏电风险且电加热费用较高的问题;另外,一般热水器供热水之前,要放掉水管中积存的冷水,造成水资源的浪费。针对这一问题,设计了燃气辅助加热代替电辅助加热的液压装置,以及该液压装置的智能控制系统。该设计具有安全、节能、节水和智能化的效果,并有着广泛的应用价值。     

盘式刀库控制系统设计与开发

刀库及自动换刀装置控制系统的稳定运行对加工中心有重要意义。在分析盘式刀库运动原理及机械手具体换刀过程的基础上,完成了基于PLC和上位机的刀库及自动换刀装置的控制系统的设计与开发。利用PLC实现了对刀库运动、自动选刀、刀套翻转以及机械手换刀的控制;上位机能够实现对自动换刀装置换刀过程进行实时监控以及对刀库运行进行模拟和相关参数设置,通过多套PLC控制程序,控制刀库及自动换刀装置不同的运动过程等操作。将PLC、上位机及其它电气元件集中于控制柜中,保证控制系统和加工中心的稳定运行。经实验证明,该控制系统性能稳定、控制精确、操作简单、监控方便,具有良好的实用价值。     

辅助老人抬腿上床装置设计

为了解决老人上床及起身困难等问题,设计了一种辅助老人上床的装置.对老人腿部上床轨迹进行分析,基于数学建模,以球面和圆锥面的相交圆锥截交线来模拟腿部抬升轨迹,设计了一种空间连杆机构来实现腿部抬升;进行了具体结构设计及运动仿真分析.仿真结果说明,该装置能够实现腿部抬升轨迹并且运行状态平稳,验证了其理论可行性.进行实物搭建并...     

秸秆粉碎翻压还田及地膜清理一体机的设计

本设计研究旨在提高地膜清理效率、丰富秸秆粉碎设备功能、降低工作时产生的噪音、进一步实现智能和谐。通过市场调研了解目前存在的实际问题,怎样解决这些问题,通过理论计算和模拟出三维设计,作出模拟机来实验,最后完善最终一体机的设计。设计出集秸秆粉碎、秸秆翻压还田、根茬粉碎及地膜清理等功能于一体的实用型农业机械。秸秆粉碎翻压还田及地膜清理一体机设计研究主要着眼于整车结构及驱动控制平台、秸秆割断装置、秸秆传送机构、秸秆粉碎机构、秸秆根茬粉碎机构、地膜清理机构、外围电路控制系统以及其他辅助部件组成。控制系统是以STM32单片机为主控芯片,通过继电器控制电机的运动;其他辅助电气元件包括12864液晶显示屏、通过液晶屏幕实时显示系统的工作状态,方便快捷、人机交互性好、简单易操作。本作品设计研究是在现代技术的基础上,将机械原理与美学相结合,以车辆人机工程学和相关工业设计理论为依据,最终完成对产品的设计,并使产品系列化。本课题研究的目的秸秆粉碎翻压还田及地膜清理一体机的设计,并为今后的相关设计研究提供依据。