基于ADAMS虚拟平台的内窥镜操作机器人运动学分析

根据内窥镜操作机器人的结构特点,给出机器人位置逆运动学解析逆解,并计算出雅可比矩阵.通过ADAMS仿真软件平台,对内窥镜插入运动及内窥镜在切入点约束下运动两种动作进行仿真验证,最后给出仿真验证结果.     

微创外科手术机器人6自由度操作手运动学分析

微创外科手术机器人6自由度操作手是微创外科手术机器人的重要组成部分,是进行手术的主体.而操作手的运动学正逆解是对外科手术机器人进行研究的关键技术之一.文中运用D-H法对外科手术机器人运动学正解进行了研究,且根据位姿分离的方法求解出了运动学逆解,并采用MATLAB中的SimuLink对运动学正逆解进行了仿真验证,从而为微创外科手术机器人的进一步研究奠定了基础.     

双工业机器人不同约束下协同运动轨迹规划

针对双工业机器人协作过程中的轨迹规划问题,对IRB200机器人进行建模,并求解机器人的正逆运动学。结合求解的正逆运动学提出紧约束下耦合运动和松约束下叠加运动算法。紧约束将机器人末端执行器之间建立不变的约束关系,实现机器人末端执行器之间产生耦合运动;松约束将机器人末端执行器之间建立随时间变化的约束关系,实现机器人末端执行器之间产生叠加运动。最终在MATLAB中分别进行协同搬运、协同绘制“铜钱”仿真实验验证算法,从姿态图、轨迹图及从机器人理论位置和实际位置对比能够看出,在不考虑机械误差、标定误差及机器人制造误差的情况下能够满足相关任务要求,实现从机器轨迹的自适应规划,避免对双工业机器人分别进行轨迹规划。     

蟑螂机器人仿生机理及运动控制

对蟑螂机器人的仿生机理、基于行为控制系统、足模块设计、运动学和运动控制问题进行深入的分析。蟑螂的神经和肌肉运动系统是躯体运动及姿态实现的物质基础。通过工程模拟,研究在未知环境中蟑螂机器人如何通过行为控制方式来完成机器人的控制和步态生成。设计一种带有计算功能的足模块,最终目的是大量减少计算过程,以此保证蟑螂机器人非凡的灵活性。基于旋量理论和局部指数积公式,提出利用Paden-Kahan子问题法求解蟑螂机器人关节角位移的逆运动学方法,前向运动学的求解首先根据机体的自然约束来推导关节角之间的位置关系,然后用局部指数积公式推导机体位姿。运动控制采用分布式同步控制方式,并应用位置、速度和时间运动模式,保证了蟑螂机器人腿关节的轨迹跟踪精度与速度的平滑。仿真试验结果验证了上述仿生机制的有效性,并为进一步研究奠定了基础。     

SCARA型机器人运动学分析与仿真

采用D-H法建立SCARA型机器人坐标系,在该坐标系内完成机器人末端位置、速度、加速度的正逆推导。基于Matlab/Sim Mechanics建立机器人运动学模型。在笛卡尔空间对机器人末端规划一段直线,将该直线轨迹数据导入运动学模型进行运动仿真,通过仿真结果验证机器人运动学正逆推导结果的正确性。在关节空间对机器人末端在两点之间的运动轨迹进行规划,并对规划结果的有效性进行仿真验证。     

线驱动拟人臂机器人逆向运动学分析

基于最新人臂仿生理论和并联机器人研究的成果,提出一种线驱动7-DOF冗余手臂的设计方案.线驱动机构具有高刚度、高精度、高负载能力的优点,可以克服常规串联机构的缺点.介绍这种新型线驱动拟人臂机器人具体的结构,利用旋量理论描述机器人运动,在绳索张力条件的约束下,分析肩关节的工作空间.针对7-DOF机器人的逆运动学求解问题,先采用关节速度再分配法求关节速度逆解;然后与Paden-Kahan子问题法相结合,取得具有冗余控制的位置逆解,求出在给定位姿时各关节角的角度;再由关节角与绳长的关系解出各关节处驱动绳索的长度,并分析肩关节运动对腕、肘关节的耦合影响.最后在ADAMS下进行仿真,采用直线插补算法,动画图形实时显示机器人的运动情况,证明逆向运动学算法的正确性.     

6R工业机器人运动学算法的改进

针对工业机器人实时控制中存在的运动学模块计算量大的问题,以垂直六关节工业机器人为研究对象,在建立其逆运动学逆解求解模型的基础上,根据机器人几何结构及解的特点,提出了一种逆解优化搜索算法.提出了在笛卡尔坐标空间对位置和姿态进行综合插补的算法;为了方便客户使用,给出了用户任意坐标系的建立方法及姿态的旋转的表示方法;最后,在实验室6R机械手实验平台上验证了该算法的有效性.实验结果表明,该算法可以使机器人在运动过程中,特别是在曲线插补过程中,使机器人各关节平稳变化,避免关节突变,有更高的精度和运行平缓性.     

神光-Ⅲ精密光学模块侧装机械手运动学分析

为顺利将激光聚变试验所需的光学模块安装至主机试验装置中,设计了一种八自由度侧装机器人。通过D-H法建立机器人各杆件的参考坐标系并获得D-H参数,推导出该侧装机器人运动学正解。提出采用关节变量虚化法构建出一个虚拟六自由度机器人,并利用解析法求解虚拟六自由度机器人运动学逆解。基于关节占用空间最小的原则,结合麦夸特算法利用1stOpt软件对关节3和关节4的位置进行求解,进而求解八自由度侧装机器人运动学逆解,并通过实例验证逆解算法的正确性。对运动学分析求解可以用于机械臂末端执行器的精确定位和运动规划,为实现八自由度侧装机器人的轨迹规划及实时控制等提供理论参考。     

一种仿Cassie的双足机器人腿部构型运动学分析

基于空间几何,提出一种仿Cassie的双足机器人腿部构型的逆运动学的显式解析解,然后利用旋量理论求解正运动学,计算出其显式解析解.为了验证解的正确性,在三维建模软件SolidWorks中对机器人进行建模,并在专业多体动力学软件Adams中对机器人模型进行基于倒立摆的步态仿真,仿真结果验证了运动学求解的正确性.对仿Cassie的双足机器人腿部构型运动学分析,求解得出的正逆运动学显式解析解特别适用于机器人的实时控制系统.该运动学算法对双足机器人的运动学、动力学、轨迹规划、步态规划研究都有重要的参考意义.     

一种仿Cassie的双足机器人腿部构型运动学分析

基于空间几何,提出一种仿Cassie的双足机器人腿部构型的逆运动学的显式解析解,然后利用旋量理论求解正运动学,计算出其显式解析解.为了验证解的正确性,在三维建模软件SolidWorks中对机器人进行建模,并在专业多体动力学软件Adams中对机器人模型进行基于倒立摆的步态仿真,仿真结果验证了运动学求解的正确性.对仿Cassie的双足机器人腿部构型运动学分析,求解得出的正逆运动学显式解析解特别适用于机器人的实时控制系统.该运动学算法对双足机器人的运动学、动力学、轨迹规划、步态规划研究都有重要的参考意义.     

内窥镜操作机器人机械结构设计和运动学仿真

机器人应用于腹腔、胸腔等外科手术中,可以提高手术质量,降低医生的劳动强度,减少病人痛苦。文中设计了一种辅助微刨外科手术机器人,该机器人采用模块化设计方法降低机器人结构的复杂程度,缩短了设计周期;采用被动式手腕关节结构使机器人更加符合实际需求。运用几何法求得了机器人运动学逆解,通过灵活工作空间分析表明该机器人具有足够大的灵活空间以满足实际工作需求。最后通过ADAMS运动学仿真,证实该机器人可以很好地完成所规定的任务。     

腹腔微创手术机器人主从实时控制算法

根据D-H法对腹腔微创手术机器人进行了运动学分析.针对基于运动学反变换法的机器人运动模型,存在超越函数和存在多解,影响主从响应速度的问题.基于微分的思想,将微小时间内位移代替瞬间速度,提出适合手术机器人的主从实时控制算法.通过增加反馈环节消除这种算法的累积误差,提高系统的运动精度.     

Development of a novel hand−eye calibration for intuitive control of minimally invasive surgical robot

Robotic-assisted surgical system has introduced a powerful platform through dexterous instrument and hand−eye coordination intuitive control. The knowledge of laparoscopic vision is a crucial piece of information for robot-assisted minimally invasive surgery focusing on improved surgical outcomes. Obtaining the transformation with respect to the laparoscope and robot slave arm frames using hand−eye calibration is essential, which is a key component for developing intuitive control algorithm. We proposed a novel two-step modified dual quaternion for hand−eye calibration in this study. The dual quaternion was exploited to solve the hand−eye calibration simultaneously and powered by an iteratively separate solution. The obtained hand−eye calibration result was applied to the intuitive control by using the hand−eye coordination criterion. Promising simulations and experimental studies were conducted to evaluate the proposed method on our surgical robot system. We extensively compared the proposed method with state-of-the-art methods. Results demonstrate this method can improve the calibration accuracy. The effectiveness of the intuitive control algorithm was quantitatively evaluated, and an improved hand−eye calibration method was developed. The relationship between laparoscope and robot kinematics can be established for intuitive control.     

微创外科手术机器人关键技术与研究现状综述

微创外科手术（MIS,Minimally Invasive Surgery）机器人技术是近年发展起来的一个新兴的研究领域,该领域集医学、工程等多学科知识为一体,具备很大的研究价值。文中通过对该研究领域一些相关文献进行研究,归纳了微创外科手术机器人技术的特点、发展历史与现状、关键技术以及研究热点分支。针对我国缺乏自主研发的微刨外科手术机器人系统,而国外同类产品价格昂贵的状况,研究自主知识产权的微创外科手术机器人系统对于我国医疗卫生水平的提高具有重要战略意义。     

基于形状记忆合金的自主导管导向机器人设计

为提高血管介入手术的成功率和安全性,研制一种用于控制自主导管的由多个形状记忆合金(Shape memory alloy,SMA)驱动器驱动的多节蛇形结构导向机器人。针对SMA驱动的导向机器人结构和原理,提出偏置弹簧尺寸参数的估算方法,使用大挠度理论对导向机器人进行运动学分析,通过积分变换推导出SMA驱动器在已知导向机器人弯曲角度和方向下的输出力和位移,给出精确的导向机器人前端中心位置坐标。在此基础上,进一步推导SMA驱动器的尺寸参数设计计算公式,提出一套系统的导向机器人设计理论方法。利用提出设计方法研制导管导向机器人样机,并在血管模型中成功地进行模拟介入手术试验。研究成果为导向机器人的设计和分析提供了数学模型,完善了导管导向机器人的设计方法和理论。     

基于纽结理论的五自由缝合机器人设哥

为了解决临床的微创手术缝合打结成功率低的问题,根据“扭转打结”法理论,设计出适合微创手术缝合打结的机器人系统。通过运用蒙特卡罗（MonteCarlo）方法对系统工作空间进行分析,得出能满足临床微创手术要求的机器人系统的结构参数。     

微创手术机器人远程监控系统设计

远程监控机器人系统能够实现远距离控制本地机器人.它在危险环境作业中具有不可替代的作用.同时在远程医疗中也具有相当广阔的应用前景.为了建立基于互联网的手术机器人远程监控系统,实现控制数据及视频画面的传输,利用Video for Windows(VFW)在机器人端捕捉摄像头视频信号,H.263算法完成视频信号压缩.信息的传送采用Visual Basic6.0的Winsock控件.详细介绍了远程控制结构和控制协议,以及通信两端软件基于Visual Basic6.0的实现.通过对自主设计的手术机器人实验表明,该远程监控方案是可行、有效的.最后展望了远程监控的发展趋势以及本系统需要改进的地方.     

Operation and Force Analysis of the Guide Wire in a Minimally Invasive Vascular Interventional Surgery Robot System

To develop a robot system for minimally invasive surgery is significant,however the existing minimally invasive surgery robots are not applicable in practical operations,due to their limited functioning and weaker perception.A novel wire feeder is proposed for minimally invasive vascular interventional surgery.It is used for assisting surgeons in delivering a guide wire,balloon and stenting into a specific lesion location.By contrasting those existing wire feeders,the motion methods for delivering and rotating the guide wire in blood vessel are described,and their mechanical realization is presented.A new resistant force detecting method is given in details.The change of the resistance force can help the operator feel the block or embolism existing in front of the guide wire.The driving torque for rotating the guide wire is developed at different positions.Using the CT reconstruction image and extracted vessel paths,the path equation of the blood vessel is obtained.Combining the shapes of the guide wire outside the blood vessel,the whole bending equation of the guide wire is obtained.That is a risk criterion in the delivering process.This process can make operations safer and man-machine interaction more reliable.A novel surgery robot for feeding guide wire is designed,and a risk criterion for the system is given.     

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。     

微创外科手术机器人多自由度手指机构设计与研究

微创外科手术机器人多自由度手指机构是在满足微创手术要求的前提下,专为外科手术机器人系统研制开发的具有多个自由度的机构。该机构拥有侧摆,俯仰,旋转,夹持4个自由度,采用驱动电机与各个执行关节分离的结构形式,具有夹持灵活性好,质量轻,夹持力大,结构简单等优点,对手指机构的指尖夹持力、关节耦合关系等关键技术进行了研究,为微创外科手术机器人的进一步研制奠定基础。