压力容器检测机器人的灵活性分析

针对某一种密闭压力容器检测机器人工作空间灵活性的问题,首先运用D-H法对该机器人进行建模,利用Monte Carlo法对机器人的工作空间进行Matlab仿真;然后借用服务球的概念建立了机器人工作空间任意点的灵活度的计算方法,利用灵活度的概念对机器人工作空间内给定点的灵活度进行了求解,对机器人给定工作空间截面上的灵活度分布进行了仿真与分析;最后研究了关节尺寸对机器人工作空间中给定点灵活度的影响。结果表明,机器人在工作空间满足任务需求的前提下,关节尺寸越小,灵活性越好。此研究为关节型机器人的尺寸优化、路径优化、灵活性分析提供了参考。     

新型混联腹腔镜手术机器人的运动学建模与优化

提出一种专为腹腔镜手术设计的新型混联手术机器人。该机器人由两个解耦并联机构混联而成,机器人可为手术器械提供多自由度操作空间。先用叠加法对混联机器人进行整体运动学建模,提出了基于腹腔镜手术特征的机器人术中运动规划并简化了机构输入量,利用手术器械的"杠杆"映射原理求得其末端操作点的速度雅克比矩阵,又根据雅克比条件数给出了机器人在术前定位时的最佳初始位形,建立并使用"灵巧度-体积"综合因素指标对器械操作点的工作空间进行优化。结果表明:在优化后工作空间中机器人不但具有良好的运动灵巧度,同时工作空间大小也能满足微创手术操作的要求。     

基于远心机构的主操作手建模与仿真研究

针对泌尿外科微创手术机器人的末端执行器如何在有限空间中完成给定任务,以提高泌尿外科微创手术的安全性问题,对其主操作手的运动学和工作空间进行了研究。根据泌尿外科微创手术特点和技术要求,基于远心机构,设计了具有6个自由度主操作手,用于控制该手术机器人的末端执行器;采用修正后的D-H参数法,建立了运动学模型,求得了主操作手的末端空间位置与各关节变量之间的函数关系和运动学逆解;利用Matlab和ADAMS软件对主操作手进行了运动学和理论工作空间仿真,并进行了结果对比分析。研究结果表明:该主操作手结构设计合理、模型建立准确、灵活度高,可以完成给定手术任务。     

平面柔索驱动并联机构的灵活工作空间及构型优化

灵活工作空间是并联机构的一个重要指标,文中以平面三自由度柔索驱动并联机构为研究对象,讨论如何获得灵活工作空间较优的构型。首先建立平面柔索驱动并联机构的静力学模型,然后给出了灵活工作空间的计算方法和数值算例。最后以灵活工作空间为目标,以柔索驱动静平台连接点的位置为优化参数,利用遗传优化算法对构型参数进行优化。通过比较优化前后两种构型发现,优化后构型的灵活工作空间的面积大为提高。     

新型微创腹腔手术机器人工作空间分析

随着微创"无疤痕"理念逐渐地深入人心,患者在对待腹腔手术上有了更高的要求,而经脐单孔腹腔镜手术(SILS)由于能够满足体表无疤痕的需求,受到了更多的青睐,因此服务于SILS的手术机器人也成为了研究的热点。基于对一种新型微创腹腔手术机器人进行初步的运动工作空间研究,为该手术机器人逐步地走向成熟提供技术支撑与理论基础;通过对该机器人的工作空间主要影响机构环形平台与Stewart平台的分析与研究,模拟生成该手术机器人的工作空间范围,并与常见的微创腹腔手术所需工作空间的对比分析,验证了该手术机器人在常见腹腔微创手术中的适用性。     

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。     

排爆机器人五自由度操作臂灵活度优化方法

针对传统机器人操作臂灵活度优化方法忽略了获取机器人雅克比矩阵奇异值,导致操作臂灵活度过程效率降低,排爆准确度得不到明显提高。提出排爆机器人五自由度操作臂灵活度优化方法。首先对操作臂构造动力学模型,获取拉格朗日动力学方程及相关参数,对姿态概率系数和可操作度进行描述。以五自由度操作臂工作球为基础分析操作臂姿态概率系数;针对操作臂的可操作度,通过排爆机器人雅克比矩阵奇异值实现构造,建立操作臂在工作空间内的灵活度优化目标函数,通过遗传算法对目标函数进行求解,实现排爆机器人操作臂灵活度的优化。实验结果表明,所提方法优化性能佳,可有效提高操作臂灵活度。     

遥操作插管手术机器人灵活度分析

提出一种双臂各六自由度插管手术机械人结构,通过对其进行运动学正解算和逆解算,进行机构灵活度分析.通过Matlab仿真灵活度曲线,确定机器人结构参数,并给出机器人工作的灵活工作空间.     

混联机器人结构设计及优化

针对传统开放手术病人创伤大、微创手术医生易疲劳等现状,设计出一种基于混联结构的微创手术机器人。为满足微创手术的各种复杂动作,该机器人采用冗余8自由度结构提高其灵活性;结合球关节结构紧凑特点,所设计机器人采用串并联相结合的混联结构提高自身刚度,满足微创手术机器人高精度、小尺寸要求。依据所设计结构,在Matlab软件中对机器人的运动学、灵活工作空间等求解及仿真,论证了结构设计的合理性。     

一种可用于微创手术的并联机构运动学分析与性能优化

与串联机构相比,并联机构具有刚度好,精度高,响应快等优点,适合用于医疗领域。微创穿刺活检等手术要求机器人机构能够输出远中心运动。提出了一种用于微创手术的新型远中心并联机构,其分支内部包含平行四边形闭环子链。采用螺旋理论对机构自由度进行了分析,证明其能输出两个转动运动和一个移动运动,且所有运动均通过远端固定中心。对机构进行位置分析,建立了驱动参数与末端参数之间的映射。通过速度分析建立了雅可比矩阵,并分析得到了机构的奇异位形,包括逆解奇异、正解奇异和混合奇异。应用搜索法分析了机构的工作空间。采用运动/力传递指标对机构进行了性能分析,绘制工作空间内的性能图谱。以优质空间大小为目标对机构进行了尺度优化。     

内窥镜操作机器人结构设计及运动学仿真

机器人应用于腹腔、胸腔等外科手术中,可以提高手术质量,降低医生劳动强度,减少病人痛苦.设计了一种辅助微创外科手术机器人,在机械结构上采用模块化设计方法降低机器人结构的复杂度和缩短设计周期;采用了被动式手腕关节结构使机器人更加符合实际需求.运用几何与解析法相结合的方式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.     

按摩机器人捏拿机构的优化设计

基于按摩机器人捏拿机构的运动特点,运用复合形法,以满足机构运动要求和结构紧凑为优化目标,建立了机器人捏拿机构的数学模型,采用编写的复合形法程序,对捏拿机构进行了优化,获得了机构设计变量的最优解。把优化结果应用到按摩机器人设计中,验证了该优化设计能满足设计要求。     

基于遗传算法3-RCR并联机器人的结构参数优化设计

确定机器人机构结构参数是并联机构优化设计的难题,因为并联机器人的机构结构参数优化属于多维,多目标和多约束条件优化问题。基于3-RCR并联机构的工作空间体积,分析了机构结构参数对工作空间体积的影响。运用坐标变换法对机构的位置反解进行求解;利用极坐标边界搜索法通过具体算例确定了机构的工作空间及其边界,以工作空间为目标利用遗传算法对机构进行了结构参数优化,获得了性能优良的结构参数,运用MATLAB软件编程得到了该并联机构的工作空间图谱。为该类并联机构的进一步研究和推广应用奠定了基础。     

生产线上下料机器人结构参数优化与仿真

生产线布局规划与机器人结构参数关系密切。针对某立式加工中心主轴箱智能生产线,为完成抓取、翻转工件等工作要求,同时减少机器人的操作空间和结构尺寸,提出了一种应用于上下料机器人的结构参数优化方法:以工艺要求的工作空间为约束条件,以机械手工作空间纵平面包络面最优为目标函数,建立结构参数优化模型。采用蒙特卡洛法进行工作空间对比验证,结果表明,在满足上下料工作空间的要求下,优化后的机器人工作空间大小明显低于其他设计方案,减少了工作空间的冗余浪费,为进一步生产线上下料机器人设计研究奠定了基础。     

基于高条件数的机器人机构参数优化

提出了一种基于高条件数性能指标优化方法对机器人结构参数进行优化。在操作任务相同时,机器人的灵活度性能指标越高,各关节的驱动电机的转速会越低。在管道插接空间相贯线焊接任务中,焊枪的工作速度很慢,容易导致驱动电机速度过低。提出与传统灵活度性能指标相反的设计思路,适当降低机构的灵活度,有效的提高了电机的转速。以关节式焊接机器人的结构参数设计为例,验证了这种优化思路的有效性。     

基于水波法的并联机构的工作空间分析与参数优化研究

提出一种基于混沌映射算法的水波法来实现平面并联机构工作空间的快速搜索,以3-RRR平面机器人为例对其可达工作空间、定姿态工作空间、灵活工作空间进行了分析,定义了一个评价转动能力指标来分析机构在可达工作空间内的转动能力,并通过MATLAB实现可视化绘图,直观地描述了转动能力在工作空间内的分布情况。最后通过遗传算法对机构进行尺度优化,有效提高了机构的转动能力。     

基于试验与仿真联合分析的喷涂机器人轨迹精度可靠性研究

采用链驱动的喷涂机器人易于实现本体的轻量化、末端高灵活度与正压防爆系统设计,从而满足家具、钢结构等一般涂装行业对喷涂机器人工作空间与腕部灵活度的要求,深入分析链驱动机器人的运动可靠性对喷涂质量和效率的提高具有重要意义。针对链驱动喷涂机器人的运动可靠性问题,采用一种基于试验与仿真联合分析的机器人末端轨迹精度可靠性分析方法。以旋量法为基础建立了喷涂机器人本体和喷枪的运动学模型,从工业机器人的操作臂性能和运动规律的角度出发,研究了喷涂机器人运动精度的影响因素。分析了链驱动喷涂机器人的优缺点和末端轨迹精度的影响状况,并结合机器人本体的运动学参数,建立了基于随机变量的喷涂机器人运动误差模型。通过试验结果的分析来确定影响喷涂机器人运动误差的随机变量的分布特征,从而对机器人末端轨迹精度的运动可靠性进行更加精确的仿真分析。最后,通过喷涂机器人工作平台对末端轨迹精度的运动误差进行试验验证并与传统的仿真分析方法进行对比,结果显示该分析方法更准确。研究成果为进一步分析喷涂机器人的机构优化、轨迹规划和漆膜质量提供试验基础和理论依据。     

6R双臂服务机器人协作空间分析及参数优化

针对双臂机器人协作空间及其机构参数优化问题,以6R双臂服务机器人为研究对象,根据D-H参数求出运动学正解,利用蒙特卡洛法求解双臂各自的工作空间,以协作空间最大为优化目标,求解机械臂机构最优参数,通过MATLAB进行编程对具体运算结果进行验证.结果表明,在一定约束之内,以双臂机器人协作空间最大为目标,优化机构连杆长度和关节范围大小,对双臂服务机器人的设计改进有着重要意义,为后续的双臂协调操作奠定了基础.     

胸腹部微创手术机器人设计和运动精度分析

为提高胸腹部微创放疗手术的精度,提出一种新型的CT引导的7自由度穿刺机器人系统。根据临床需求,采用丝传动方式解决了空间限制和CT引导下的驱动兼容性问题,进而设计了一种全新的机器人构型;通过运动学分析,得到了穿刺针工作空间形状,根据空间尺寸要求优化了机器人结构参数;基于拉格朗日方程建立机器人系统动力学模型,得到了调姿过程中各关节力/力矩与关节运动参数的关系。最终,通过定位误差修正实验,提高了机器人定位精度,并在此基础上完成了机器人穿刺精度实验,穿刺平均误差为1.09 mm,证明了机器人系统满足手术精度要求。     

重型压力容器马鞍形焊缝焊接机器人设计分析

设计和研究了一种适用于重型压力容器马鞍形焊缝焊接机器人。利用几何方法建立了马鞍形焊缝数学模型,为焊接机器人机构设计与运动学仿真提供了理论依据。介绍了焊接机器人本体机构组成与工作原理,并对机器人本体机构进行了设计。利用Solidworks软件建立焊接机器人虚拟样机,并将其导入Adams软件进行运动学仿真。对优化后的焊接机器人进行焊接试验,试验结果表明焊接机器人焊接质量稳定,能够满足重型压力容器马鞍形焊缝焊接作业要求。