手术机器人的模糊神经网络变阻抗控制策略研究

针对手术机器人在颅颌面手术过程中无法有效跟踪期望位置和接触力的问题，提出一种基于模糊神经网络的变阻抗控制策略。首先，利用模糊PID位置控制模块对机器人运动至手术切口位置的期望轨迹进行跟踪控制。其次，通过基于神经网络的变阻抗控制模块建立起机械臂与目标之间的力/位置动态关系，该模块可对机器人辅助手术过程中的力跟踪偏差进行及时的自适应修正，以实时补偿环境动态变化带来的影响，提高了环境交互的安全性以及力跟踪的准确性。最后，对提出的控制方法进行验证，结果表明，在动态变化的手术环境下，相比传统定阻抗参数控制方法，该方法拥有更好的跟踪控制效果。     

基于队形变化的多无人机航迹规划算法

针对多无人机在复杂环境下的航迹规划问题，文中提出基于队形变化的多无人机航迹规划算法。利用领航-跟随的无人机拓扑结构，设计了一种以时间与航程作为衡量指标的代价函数，求解出最优的编队集结点。采用改进的Informed-RRT*算法求解出领航者的渐近最优航迹，结合队形变化策略实现了跟随者的航迹规划与避障。在定义队形变化量、路径长度比、航向稳定性性能指标的基础上，文中进行了仿真实验并对生成航迹进行评价与对比。仿真结果表明，无人机编队实现了在复杂环境下航迹规划与避障，同时为跟随者规划出最优航迹，与领航者最优航迹长度相差不到1%,验证了该算法的实用性与有效性。     

基于机器视觉的零部件的缺陷检测

汽车零部件在实际生产过程中,打磨、抛光等各种无法确定的因素会在零部件的表面留下缺陷,从而严重影响车辆的组装、制造,存在巨大的安全隐患,因此车辆零部件的缺陷检测十分重要.零部件缺陷检测已从传统的手工分类发展为基于机器视觉的方法.本文基于卷积神经网络对VGG16网络模型进行改进,提高了模型对汽车零部件缺陷的检测精度.首先,改进了网络模型的全连接层;其次,在模型中引入了AMF-Softmax损失函数,在达到更优的聚类效果的同时解决了数据不平衡问题,最终实现了零部件缺陷的识别与定位.与传统模型的缺陷检测效果比较表明,改进的VGG16网络结构模型测试准确率可以达到97.59％,在零部件缺陷检测方面具有优越性.     

基于受力变形的主从介入导管配准技术研究

主从介入手术中,空间配准技术可以将从手端介入导管的路径实时显示在主手端虚拟三维图像中,用来引导医生完成复杂的手术操作.本文针对配准过程中导管与血管壁受力变形所造成的位置误差对配准的影响,研究基于受力变形,通过物理模型计算形变位移,将其引入最小目标函数,估计主从转换矩阵.实现了受力变形情况下,主从坐标系的准确关联,提高了配准精度.与传统最近点迭代法作对比实验,进行了误差分析,结果表明该方法降低了接触受力变形下的配准误差,配准精度达到预期要求.     

虚拟手术力反馈装置反馈力内模控制

时滞和虚拟环境模型参数的变异性影响到虚拟手术力反馈系统的性能。在分析系统模型的基础上设计内模控制器,控制器直接置于系统前馈通道而无需增加闭环,控制更加易于实现,实验结果验证了该算法的有效性。     

基于双目视觉的智能监控系统运动目标自动化跟踪方法

传统方法无法对目标精准定位,在动态环境下跟踪精准度低,提出基于双目视觉的智能监控系统运动目标自动化跟踪方法。采用背景差分法构建背景模型,通过计算二值差分图像比较差分图像像素和某特定阈值,确定检测目标具体位置。研究以双目视觉安全防护为基础的监控示意图,利用特征向量线性组合表达不同人脸变化或特性,根据具体实施步骤设计人脸监测与识别流程,采用CamShift跟踪算法求局部最优解,获取重投影矩阵,在监控系统运动目标发生遮挡后再次进行自动化跟踪。以Python为语言基础进行实验对比分析,由实验结果可知,基于双目视觉方法跟踪精准度较高,能够实现对运动目标的精准定位。     

FCMAC在六自由度并联机构轨迹跟踪中的应用

六自由度并联机构控制系统中存在不确定性和非线性因素,使得对其轨迹跟踪的过程中会不断有误差产生.神经网络控制器以其在线自学习的功能,能实时反应并消除误差.用模糊理论对结构简单的小脑模型关节控制器(CMAC)的空间划分方式进行模糊化处理,并通过BP学习算法对CMAC的空间划分方式进行在线调整,所得到模糊小脑模型关节控制器(FCMAC)有更高的自适应能力.仿真实验结果表明,FCMAC的在线学习功能优于传统的CMAC;用FCMAC对六自由度并联构进行轨迹跟踪,能较好地消除误差,有较高的控制精度.     

分布式异构集群系统PI编队跟踪控制

同构集群系统因其组成个体的单一性而存在功能上的局限性。异构集群系统的个体组成具有多样性,因此可以扩展同构集群系统的功能。针对异构集群系统的编队跟踪控制问题,文中基于领导者-跟随者模型,在有向通信拓扑结构下设计了一种分布式PI编队跟踪控制协议。设计了期望的时变编队队形,跟随者在跟踪领导者的同时可保持期望的编队队形,使系统中的所有智能体均能够达到期望位置。考虑到真实系统会受到外部未知有界扰动和一些不确定因素的影响,因此基于李雅普诺夫稳定性理论给出了保证系统跟踪误差一致有界的充分条件,并进行了鲁棒性分析。根据设计的控制协议及控制条件进行了仿真验证,结果表明所设计的PI编队跟踪控制策略能够有效解决异构集群系统的编队跟踪控制问题。     

六自由度曲面加工的并联机器人轨迹规划

在对六自由度并联机器人运动学分析的基础上,对其进行了腔型圆弧面的轨迹规划.通过位置反解函数得到了平台在按给定圆弧面轨迹运动时六连杆的运动情况.对Microsoft Visual C++6.0工具开发的数控加工软件及机构系统配置的运动控制卡PMAC的运用,完成所要求的圆弧曲面的轨迹点的编程,生成相应的圆弧曲面,这正顺应了现在开放式数控系统的发展趋势.