胃肠内窥镜微型机器人的研究与开发

在现有工作的基础上,进一步提出胃肠微型内窥镜机器人的总体构思,完善人体胃肠道环境下电磁微驱动器的结构原理、动作机理、磁性材料选用、控制方法及其总体结构设计;基于仿生学原理,研究内窥镜机器人适合胃肠环境的移动形式;开展内窥镜机器人原理样机的实验和分析;并对微型机器人的胃肠适应性及安全运行措施进行深入研究;为胃肠微型内窥镜机器人的真正实用化、产业化提供理论和实验依据。     

柔软管道中机器人蠕动机构研究

机器人主动内窥镜是利用机器人改造传统的纤维内窥镜的技术,以减少穿孔率、降低对插入技艺的依赖性和提高检测过程的自动化。作为机器人主动内窥镜的关键部分之一,本文探讨基于计算机气动阀控技术的蠕动原理、机构实现和系统实验等。     

运行环境特性对螺旋内窥镜机器人性能的影响

在研究双圆柱螺旋内窥镜机器人的基础上，本文提出了单圆柱螺旋内窥镜机器人设计方案。建立了螺旋内窥镜机器人非线性仿真分析模型。利用该模型，分析研究环境管壁弹性模量、管道直径、环境黏液黏度对机器人轴向牵引力以及形成的最小黏液膜厚度的影响。实验研究了环境管道几何特性对机器人平均运动速度的影响，为螺旋驱动器在血管机器人中的应用提供了重要的基础数据。     

基于蚯蚓运动原理的微小机器人构件的运动特性

介绍了一种基于蚯蚓运动原理的微小机器人内窥镜系统的原型,分析了单一构件活动件的运动特性,并通过调整各个线圈的驱动波形可以有效地控制微小机器人的运动.详细讨论了构件通电时间与构件活动件的运动位移、速度、加速度的关系,由此确定了微小机器人驱动电压的最高频率.可以通过调整驱动电压的频率来调节微小机器人的运行速度;也可以通过减少构件的通电时间解决微小机器人在运行过程中的发热问题.这项研究为微小机器人内窥镜的实际应用奠定了基础.     

管内移动微型机器人研究与发展现状

管内移动微型机器人是微型机器人领域的一个重要的方向,其主要包括用于发电、化工、制冷等行业中的细小管道检测的刚性管内移动的微小型机器人,以及能进入人肠道的内窥镜的柔性管内移动的微型机器人。将微型机器人的研究方向与内容进行总结,介绍管内移动微型机器人的国内外研究发展现状,讨论管内移动微型机器人的研究内容与方向。     

利用硅微传感器实现智能内窥镜的主动避障

内窥镜主动避障系统是利用微型接触传感器、电动机械卡爪和伺服控制系统等构成的一个实验系统,尝试用机器人技术改造传统内窥镜,使其在介入人体肠道时,端部能对人体肠道壁面主动回避,减少穿孔发生的可能性。就基于硅微触觉传感器的内窥镜主动避障子系统的主要关键技术进行了详细分析和描述,最后给出了部分技术指标及试验数据。     

微创条件约束下内窥镜操作机器人运动学

研究基于微创条件约束下具有被动式手腕结构机器人运动学,不但可使医生获取同开放式手术中相同的笛卡尔控制方式,而且为机器人系统控制算法研究及轨迹规划奠定了基础.以自行研制的内窥镜操作机器人为例,结合微创手术特殊的应用环境,对机器人运动学进行研究.考虑人体切口处隔肌厚度和病人呼吸等因素对内窥镜插入点位置的影响,给出内窥镜插入点的确定方法.采用几何及矢量代数方法给出机器人位置正逆运动学解析解公式,采用矢量积法求解机器人速度正运动学,基于微创条件约束给出机器人速度逆运动学.为了验证机器人运动学求解的有效性,对内窥镜插入运动及内窥镜绕插入点旋转运动两种典型运动进行试验,应用试验数据对算法进行分析验证,结果显示了运动学算法的有效性.     

机器人主动内窥镜的自动介入技术初探

介绍了两种内窥镜自动介入机构，一种是利用摩擦轮机构，实现了内窥镜的连续介入，另一种利用导轨、机械手进行间隙式介入。对两者进行了力和位移分析，并且实验测定了介入力大小。后者配合编码器和滑觉传感器，构成机器人主动内窥镜自动介入系统。     

螺旋内窥镜机器人非线性仿真分析模型研究

实验研究狗小肠肠道壁的生物力学特性、肠液及人体胃液流变特性，建立了内窥镜机器人运行环境非线性数学模型，并将其耦合到螺旋内窥镜机器人运动模型中，得到机器人非线性仿真分析模型。理论及实验比较研究了不同转速下机器人轴向驱动力的变化，结果表明，利用该非线性仿真分析模型获得的理论分析结果与实验结果吻合很好。     

内窥镜前端避障中的手柄自动控制装置

内窥镜前端避障的执行装置是内窥镜主动避障系统的一部分。它利用步进电机和机械卡爪实现内窥镜操纵手柄的机械驱动。由此,可以提高内窥镜操作的自动化,减少医疗事故发生的概率。本文在研究分析内窥镜传动结构的基础上,对内窥镜端部机械驱动试验装置进行了设计,并达到了部分技术指标。     

用于托卡马克腔的内窥机器人结构设计

介绍并分析了应用于托卡马克腔的内窥机器人的国内外发展现状及主要技术问题,针对我国自主的热核聚变实验装置EAST,提出一种主体具有8自由度的关节式机器人解决方案,用以完成对该核聚变反应堆第一壁的内窥工作.该机器人具有冗余自由度结构,采用模块化思路设计4套单元,每套单元都具有平行四边形结构,包括俯仰和回转2个自由度,可以完...     

小型足球机器人车体系统的概念设计

提出了在机器人足球比赛环境下小型足球机器人车体系统的一种设计思路。即首先对足球机器人系统的性能要求作出分析，在此基础上对足球机器人系统的任务进行整合和分解，最后提出了机器人车体系统的结构模型。文中建立的小型足球机器人车体系统设计概念模型对于其他组别的足球机器人系统设计也有借鉴意义。     

新型内窥镜机器人结构优化设计研究

研究了一种结构简单的新型内窥镜机器人驱动机构,并建立了内窥镜机器人在人体内腔中运动的数学模型.采用有限差分法分析了内窥镜机器人结构特性参数对机器人的最小粘液膜厚度和轴向摩擦牵引力的影响,从而获得当需要较厚的粘液膜厚度和较大的轴向摩擦驱动力时最优的机器人结构特性参数,为机器人更好地以较厚的粘液膜厚度和较快的速度悬浮式运行创造条件.内窥镜机器人的运行速度试验证明了此理论分析模型的正确性.     

基于复杂零件五轴加工系统的可重构机器人建模与试验

将数控机床的通用编程语言G代码应用于加工轻质材料、低公差自由曲面复杂零件的可重构机器人多轴加工系统,并将复杂曲面加工的五轴立式关节机器人视为倾斜五轴（X,Y,Z,A,B）立式铣床的特殊配置,开发出了机器人的控制系统原型。阐述了机器人的建模方法,包括运动学问题的正向解和逆向解的求解方法;分析了机器人三轴、五轴加工时的工作空间;通过三个轻质材料试件的加工试验,验证了实验机器人加工控制系统原型的编程、控制和加工能力。     

机器人制造单元的建模与任务调度策略

机器人资源的合理分配和调度是提高制造单元柔性的关键。本文针对一类机器人制造单元的最小周期调度问题，应用极大代数方法建立了单元系统的调度模型，提出了基于禁忌搜索的启发式调度策略，并给出了初始可行解和搜索邻域的构造方法；最后，通过具体的运算实例，验证了所提出方法具有较高的效率，能够解决较大规模的最小周期调度问题，具有广泛的适用性。     

Safe physical human robot interaction-past,present and future

When a robot physically interacts with a human user, the requirements should be drastically changed. The most important requirement is the safety of the human user in the sense that robot should not harm the human in any situation. During the last few years, research has been focused on various aspects of safe physical human robot interaction. This paper provides a review of the work on safe physical interaction of robotic systems sharing their workspace with human users (especially elderly people). Three distinct areas of research are identified: interaction safety assessment, interaction safety through design, and interaction safety through planning and control. The paper then highlights the current challenges and available technologies and points out future research directions for realization of a safe and dependable robotic system for human users.     

带弹性足的压电管道微机器人致动机理和运动特性的研究

建立了带弹性足的压电管道微机器人的数学模型,并用此数学模型计算了该微机器人的谐振频率,所得结果与试验结果一致,这表明所建立的数学模型是正确的。此外,还研究了压电微机器人的结构参数对机器人性能的影响。     

图像反馈机器人视觉伺服系统理论与实验研究

对机器人视觉伺服系统的研究是机器人领域中的重要内容之一,其研究成果可应用在机器人自动避障、轨线跟踪和运动目标跟踪等问题中。本文分析了基于图像雅克比矩阵的机器人视觉伺服方法的基本原理,采用了基于图像的视觉伺服方法,直接利用图像特征来控制机器人运动,构建了自由度GRB-400工业机器人图像反馈视觉伺服系统。采用该系统进行了机器人跟踪两维平面运动目标的实验,结果验证了该方法的有效性。     

双机器人快速原型制造离线编程系统的研制

双机器人快速原型制造离线编程系统主要研究如何自动获取ＣＡＤ模型产生的零件图形的加要数据,并对其进行处理后按机器人的程序格式生成双机器人的加工程序。本文在分析双机器人快速原型加工硬件特点的基础上,建立了双机器人离线编程系统总体结构,研究了各功能模块的关键技术,并用ＩＤＥＦ方法对各功能模块进行了详细设计研制了一套离线编程软件,实现了双机器人加工程序的自动生成。     

柔性机器人研究现状

随着机器人技术不断向高速度、高精度和轻量化发展，柔性机器人的研究越来越广泛。介绍了柔性机器人研究的几个方面：单柔性机器人建模、柔性机器人协调操作、冗余度柔性机器人和含间隙柔性机器人，最后指出了这一研究领域的发展方向。