外科手术机器人技术发展现状及关键技术分析

外科诊疗是医疗机器人研究和应用最广泛也是比较成熟的领域,目前研究主要集中在脑神经外科、整形外科、介入式无损检测、角膜移植等领域.为促进我国医疗机器人技术的研究和发展,在充分论述医疗机器人研究意义的基础上,对国内外典型外科手术机器人的研究及应用状况作了详细介绍,并对研究医疗机器人所涉及的手术机器人机构、医学三维图像建模、虚拟手术仿真、遥操作网络传输等关键技术进行了详尽的分析,同时指出了今后的发展方向.     

用于光学调整的二维纳米级微动台的设计分析

研究开发了一种用于光学调整的二维压电驱动的纳米级微动工作台,建立了工作台的力学模型,并利用结构力学理论推导出工作台沿X、Y方向刚度及前二阶固有频率的解析式。通过微动工作台固有频率及沿X、Y方向刚度的实验测试,验证了解析方法和有限元方法用于微动工作台设计分析的可行性。有限元分析结果表明,可通过改变直角平板柔性铰链的特征参数,达到控制和优化工作台固有频率、输出位移、应力分布及驱动力响应的目的,并提出一种初选微动工作台柔性铰链参数的简易方法。     

欠驱动异构式下肢康复机器人动力学分析及参数优化

针对现有外骨骼机器人人机自由度不匹配和关节对中性差的问题,提出欠驱动下肢康复机器人. 欠驱动机器人只有4个直线驱动,驱动的直线运动通过推杆和人机连接机构转化为人下肢在矢状面内的屈伸运动,带动人体进行步态康复训练. 建立机器人系统的人机耦合模型,进行模型的动力学分析,对人机耦合模型中影响动力学结果的参数进行分析,建立驱动力与肢体推动力之间的关系模型,并以推力系数最大为目标进行参数分析与优化,得到最佳的结构参数. 根据优化后的结构参数搭建康复机器人实验系统,对髋、膝关节驱动力与角度进行对比. 实验结果表明最大髋关节角度误差为2.9°,最大膝关节角度误差为6.4°,最大误差均约为9%,验证了动力学模型和参数优化结果的正确性.     

自动引导车轨迹偏差的智能控制

针对自动化仓储设备AGV固定轨迹控制方式，建立了AGV小车路径偏差控制系统的数学模型．应用数学方法分析偏差与车轮速度的相互关系，从而得到其动态结构图；通过小偏差线性化的方法，将该非线性系统简化成单输入单输出线性系统．采用多点信号采集，利用模糊控制理论，进一步提高了小车路径偏差的控制准确度．通过对系统加载输入正弦信号，验证了系统具有良好的跟随性和稳定性．     

An invariant interest point detector under image affine transformation

For vision-based mobile robot navigation, images of the same scene may undergo a general affine transformation in the case of significant viewpoint changes. So, a novel method for detecting affine invariant interest points is proposed to obtain the invariant local features, which is coined polynomial local orientation tensor(PLOT). The new detector is based on image local orientation tensor that is constructed from the polynomial expansion of image signal. Firstly, the properties of local orientation tensor of PLOT are analyzed, and a suitable tuning parameter of local orientation tensor is chosen so as to extract invariant features. The initial interest points are detected by local maxima search for the smaller eigenvalues of the orientation tensor. Then, an iterative procedure is used to allow the initial interest points to converge to affine invariant interest points and regions. The performances of this detector are evaluated on the repeatability criteria and recall versus 1-precision graphs, and then are compared with other existing approaches. Experimental results for PLOT show strong performance under affine transformation in the real-world conditions.     

压电／电致伸缩陶瓷控制模型归一化的研究

压电／电致伸缩陶瓷作为一种理想的微位移器在许多领域得到了广泛应用,但是由于其存在迟滞,蠕变及非线性等不足,限制了它的进一步应用。本文在分析压电／电致伸缩陶瓷极化机理的基础上,给出了压电／电致伸缩陶瓷归一化的控制模型,同时给出几种情况下的典型例子及其电压同位移的关系曲线,通过分析得出了采用电极化程度的控制方法可以有效地减小压电／电致伸缩陶瓷的迟滞的结论。     

基于撞针原理的高粘性微喷系统的设计与分析

为了实现对高粘性微量液滴的高效率喷射,研制了一种基于撞针原理的非接触式微喷装置。采用压电陶瓷作为驱动装置,再利用菱形放大机构进行微位移放大,采用有限元软件对菱形放大机构进行静、动态特性分析,确定喷针和喷嘴的配合形式及相关尺寸,然后利用MATLAB软件进行动力学方程的求解,仿真结果显示,喷针的位移和速度均满足喷射条件,最后针对5～10Pa.s粘度的液体进行了微喷实验。实验结果表明:该微喷装置可稳定地实现胶液的喷射,输出流量随着驱动电压的增大而增大。     

一种集成三维微力传感器的微夹持器研制

微操作中力的检测与控制是实现无损伤操作的关键。因此,该文提出了一种以压阻检测技术为基础,集成三维微力传感器的微夹持器。传感器标定实验结果表明,该传感器具有耦合小,测量分辨率高,线性度好的优点。传感器量程为-10~ 10 mN,在x、y向的分辨率均为2.4μN,z向的分辨率为4.2μN。微夹持器采用压电陶瓷驱动两级柔性放大机构,实现张合量300μm,完成了微夹持实验。     

基于显微视觉与微力觉柔顺混合控制的微操作机器人

简单介绍了一种基于显微视觉和微力觉柔顺混合控制的微操作机器人的系统构成，并重点介绍了显微视觉系统和微力控制系统的组成及工作原理。阐述了显微视觉伺服系统和力觉柔顺控制在微操作机器人中的作用。同时，基于视觉与力觉混合控制技术，以微小轴孔零件装配任务为研究目标，进行了微装配试验，并取得较好效果。     

球基微操作器黏滑摩擦过程建模与分析

球基微操作器通过压电陶瓷管端部与微操作球之间惯性摩擦形成的相对位移实现微操作球三自由度的运动,这种摩擦运动中存在黏滑现象。在简化球面高副连接的条件下,建立了球基微操作器双质量摩擦振子等效工程模型,对球基微操作器黏滑驱动过程进行了阶段细分,基于等效工程模型及动态LuGre摩擦模型建立了黏滑摩擦过程的动力学方程。运用数值仿真方法分析了球基微操作器的参数特性曲线,进行了运动测试实验,进一步验证了分析的正确性。