四自由度微创手术器械的机构综合及运动学分析

以夹持器为例,设计由伺服电机驱动和钢丝线轮传动的四自由度微创手术器械. 手术器械末端采用微型化设计,以适于远距离传动的钢丝驱动,改善手术器械在狭窄工作空间中的灵活度. 描述手术器械的构型原理和尺度设计,包括腕部、夹钳和器械轴;分析钢丝线轮传动机构的工作原理及腕部与夹钳的运动耦合. 研究手术器械的运动学特性,包括运动学正解、工作空间分析、速度雅克比变换和奇异性分析. 测试手术器械和驱动平台的原理样机表明,该器械能够满足微创手术相关技术操作的要求.     

血管介入手术主从导管机器人滑模控制

在微创血管介入手术中,主从遥操作导管机器人系统的通信时延以及参数不确定性很容易导致其稳定性下降,操作性及透明性降低.针对这一问题,建立了主从导管机器人系统的动力学模型,主手端采用滑模阻抗控制,从手端采用终端滑模控制,该控制方式降低了时延对系统操作性能的影响.通过系统轴向运动的仿真结果表明,该系统能够较好地实现从手对主手的位移以及力的跟踪,系统具有较强的鲁棒性和良好的透明性.     

肌电控制虚拟现实游戏的腕部训练系统研究

针对传统腕部康复训练方法训练内容枯燥、用户参与训练的积极性低导致训练效率低的问题,设计了一种肌电控制虚拟现实游戏的腕部训练系统.采集腕部运动时的表面肌电信号,并通过肌肉协同原理解码出腕关节运动意图,用于虚拟现实游戏的控制;在虚拟现实游戏中引入随机干扰力,通过阻抗控制的方式实现与虚拟现实环境的交互,使得用户可以探索不同的运动控制方式.通过模型标定实验,验证了系统的可行性,并且开展了训练实验,通过评估任务的完成时间以及路径效率评估训练效果.实验结果表明,通过引入随机干扰力进行训练相对于无随机干扰力进行训练,任务的完成时间减少了24％,路径效率提升了26％,所设计的训练系统可以使得用户以更高效方法进行运动控制,提高了训练的效率.     

主从式USV协同定位系统性能分析

为研究以距离为观测量的主从式无人水面航行器(unmanned surface vehicle,USV)协同定位系统在不同运动状态下的定位性能问题,建立一种新的协同坐标系,并在该坐标系中推导主从USV运动模型,以主从USV相对距离为观测量分析主从式USV协同定位系统的可观测性及可观测度.同时,针对不可观测路径,提出通过改变控制输入的方法以达到提高系统可观测度的目的.通过MATLAB仿真实验与水面舰艇实验,结果表明:在不同情况下,通过调整控制输入的方法改变系统的可观测度是有效的;利用所提出的分析方法可以反映协同定位系统的定位性能,验证了所得结论及方法的有效性.     

基于环形耦合策略的带式输送机多机驱动功率平衡的研究

针对多电机驱动的带式输送机中出现各电机功率不平衡的问题,提出了一种适用于多电机的基于环形耦合策略的功率平衡控制方案.在采用模糊PID的基础上,对三个电机主从控制和环形耦合控制分别进行了建模,并用Matlab进行仿真.仿真结果表明:采用环形耦合控制策略具有更高的同步精度和更好的动态性能,满足带式输送机功率平衡控制的要求.     

一种高速高宽带主从式采样保持电路

基于0.13μm SiGe BiCMOS工艺设计并实现了一种新型高速高宽带主从式采样保持电路．该电路采用PMOS源极跟随器作输入级实现了直流耦合,使得低频、低偏置电压信号也可以被正常采样．采用Cherry-Hooper放大器将带宽提升至18GHz．通过主从式采样结构和交叉耦合电容消除了信号馈通,使用互补三极管抵消了时钟馈通的影响,将无杂散动态范围控制在33～38dB．对比结果表明,这种设计方案在带宽方面具有较大的优势,并且具有较高的采样率．     

基于主从分布式串行多机通信的电机控制系统的设计与实现

基于单片机的串行通信原理,设计了一种RS485通信接口的主从分布式串行多机通信系统.搭建了在PC机控制下的多个步进电机运转的硬件电路,设计了VC++的人机交互界面和主从机通信软件.系统具有性能稳定、运行可靠、扩展性强的特点,可用于远距离通信,适用于工业控制系统.     

双操作臂的耦合误差同步协调控制

为了对具有不确定性参数的双操作臂机器人系统进行协调控制,在同步控制基础上引入包含位置误差和同步误差的耦合误差,提出一种能够自适应校正系统参数的同步控制策略,并利用Lyapunov稳定性理论证明了系统的全局稳定性.对2个二自由度操作臂机器人进行协调搬运实验研究,结果表明,该控制方法使双操作臂系统在协调运动过程中单操作臂的位置误差和双操作臂间的同步误差均收敛于零,实现了在单操作臂按期望轨迹运动的同时保证双操作臂间的运动同步,验证了所提策略对双操作臂同步协调控制的正确性和有效性.     

大型装备多轴电液执行器同步控制

为提高大型装备多轴电液执行器的同步精度,建立运动系统的动态数学模型,提出一种主从同步控制方案.它由前馈控制器,卡尔曼滤波器以及PI反馈控制器组成.与位移微分并滤波相比,卡尔曼滤波器可以在噪声环境下获得平滑且相位滞后小的速度估计;前馈控制可加快系统的响应速度;采用PI控制器可以抑制模型不确定性以及负载变化对同步性能的影响.在Matlab/Simulink环境下,比较分析2种速度估计方法以及3种同步控制方法的性能.仿真结果表明,该方法响应快速并且具有较强的抵抗噪声干扰的能力.将该方法应用于实际系统中,实验结果表明,该方法具有较好的动态性能,并且能够有效克服噪声以及负载变化的影响;同步精度有效控制在±2 mm之内.     

H型精密运动平台交叉耦合模糊PID同步控制

针对双直线电机驱动的H型精密运动平台由于永磁直线同步电机参数变化和扰动等不确定因素致使两边的运动不同步问题,提出一种交叉耦合模糊PID控制方法.在单轴中采用模糊PID控制作为位置控制器,速度控制器用普通的PI控制,以保证单轴跟踪精度;双轴间引入交叉耦合控制方法,消除双电机之间存在的机械耦合,进而减小了双轴间的位置同步误差.结果表明,将交叉耦合与模糊PID相结合的控制方法能够使H型精密运动平台的同步误差收敛于零,并且使系统具有较好的跟踪性能与鲁棒性.     

基于田口方法的生态环境敏感性评估方法研究

提出基于田口法的生态环境敏感性评估方法。采用统计分析方法描述生态环境敏感性特征,构建生态环境敏感性数据的统计分析模型,结合大数据挖掘方法进行生态环境敏感性关联数据挖掘,提取生态环境敏感性数据统计分布的模糊聚类特征量,采用模糊C均值聚类分析方法和相关性融合分析方法,实现对生态环境敏感性评估和检测,基于田口方法构建生态环境敏感性评估的检测统计量,根据稳健性检验和统计回归分析方法,实现对生态环境敏感性评估和预测。仿真结果表明,采用该方法进行生态环境敏感性评估的自适应性能较好,预测准确度较高,提高了生态环境敏感性评估的置信度水平。     

Information for authors

<正>Science China Technological Sciences(Sci China Tech Sci)is a monthly peerreviewed academic journal supervised by the Chinese Academy of Sciences,and co-sponsored by the Chinese Academy of Sciences and National Natural Science Foundation of China.Its primary mission is to encourage communication of basic and innovative research results of high quality in the fields of technological sciences.The subject areas featured include materials,mechanical engineering,engineering thermophysics,water resources,space science,astronomics,civil engineering,nuclear science and technology,electronic engineering,architecture,and engineering mechanics,etc.All papers should be intelligible for a broad scientific audience.Contributions are invited from researchers all over the world.Sci China Tech Sci is indexed by SCI,EI,Current Contents,Index to Scientific Reviews,International Aerospace Abstracts,Math Reviews,MathSciNet,Current Mathematical Publications,Z Math,etc.     

Information for Authors

正General Journal of Beijing Institute of Technology(JBIT),an English language journal sponsored by Beijing Institute of Technology,was established in 1992.JBIT mainly publishes research articles that reflect the latest achievements in basic theory and experimental studies in various engineering fields and in applied mathematics,mechanics,physics,chemistry,and so on.JBIT is listed in Ei,CA,SA,AJ,CSA,MR,ZM and many other abstracting indexes.     

电流变隔振器的理论研究

介绍了一种新型的隔振器———电流变隔振器 .通过对系统的结构进行简化 ,建立起物理模型 ,推导出运动微分方程 ,在理论分析和性能曲线模拟的基础上 ,确定出影响电流变隔振器工作特性的主要因素 .理论研究表明电流变隔振器在低、高频段均能良好隔振 ,有效降低传递力的幅值和扩大隔振的频率范围 ,并具有防系统共振的性能 .     

关于受控扩散过程的动力学

主要考虑在给定初始条件下构形变量的时间演化可由受控扩散描述的有限自由度动力系统.基于随机控制一般理论,引入受控扩散的随机作用量的两个适当形式.通过离散该随机作用量,导出系统受控扩散的广义坐标表示的动力学方程,该方程连同连续方程一起精确描述扩散运动的概率进程.     

福建魁岐花岗岩形成的物理化学条件

福建魁岐碱性花岗岩的深色矿物成分特点和物理化学实验资料表明,岩石是在较高温、低压、相对还原、富碱和缺水条件下,由岩浆结晶形成的。     

Pliocene charcoals from Shanxi Province of China and their application to studies of prehistoric wildfires

Charcoals collected from the middle-late Pliocene sediments of the Taigu Basin,Shanxi Province,China,have been identified as Ulmus sp.(Ulmaceae),Prunus sp.,Maloidoxylon sp.(Rosaceae),and Maclura sp.(Moraceae).These taxa,along with the previously known fossils,indicate the occurrence of temperate climate and local wildfire at that time.Charcoals of trees and/or shrubs and the morphological changes of these charcoals demonstrate that crown fires and surface fires occurred in the Taigu Basin during the middle-...     

明堂,宫殿及建筑历史研究方法论问题

本文从建筑历史研究的方法论入手,对传统的将建筑发展的历史看作是理性的、连续的、逻辑的过程的历史学式研究方法进行了剖析,对另外两种常见的研究方法进行了肯定,并提出了“符号学式研究”的概念,本文按照这一新的建筑历史研究方法,对中国明堂与宫殿的发展历史进行了整体式的分析与阐释.     

数字电视

介绍了数字电视（ＤＴＶ） 和高清晰度数字电视（ＨＤＴＶ） 的功能、特点及前景．指出数字电视图像清晰度比当今模拟电视高６ 倍, 同时具有ＣＤ 音质, 电视的未来将是数字高清晰度电视． 随着５ 大技术（ 集成电路技术、数字信号处理技术、数字压缩技术、计算机技术和大屏幕高清晰度显示技术） 的突破, 加快了模拟电视向数字电视转化． 电视技术的数字化为发展交互式电视（ＩＴＶ） 、点播电视（ＶＯＤ） 和利用电视上网展开相关服务带来广阔市场前景．     

英语术语词的可辩性

本文论述了英语科技术语的结构、形式、词义之间的联系，其目的是揭示英语词汇的某些基本特点，帮助读者分析、理解并恰当使用科技术语。