一种新型混联手术机器人的运动学分析

根据手术机器人手术操作空间和运动特性要求,提出一种具有冗余8自由度的新型混联手术机器人结构.该混联结构由SCARA(PRR)串联机构和一个2自由度并联转动机构相结合而成.通过建立机器人正向、逆向运动学数学模型,解决了该机器人逆运动学解析解的问题,得到了运动学特征方程;运用蒙特卡洛法求解出机器人的工作空间云点区域分布,得到了由随机点构成的手术工作空间.理论分析和实际仿真结果表明该机器人结构具有良好的运动特性,并满足实际手术动作的工作空间要求,为手术机器人的详细结构设计提供了可靠的理论依据.     

可满足微创手术灵活工作空间的混联机器人研究

针对微创手术对机器人提出的高灵活性要求,设计出一种具有混联结构的微创外科手术机器人,并通过灵活工作空间分析进行结构优化。为合理布置手术切口及规划手术路径,利用末端手术工具服务球和服务区进行工作空间灵活性分析,通过数值解得到混联机器人工作空间内任意点的灵活度,并绘制出工作空间水平截面灵活性分布图,为手术切口位置和工具杆末端运动路径提供工作数据;再以工作空间水平截面灵活度大于0.85的灵活点数目作为评价指标,定量分析了姿态机构腕关节转角范围及手术工具杆长度对灵活性的影响,为微创外科混联机器人的结构优化提供了计算依据。仿真对比和优化后的实物实际运动结果均证明了该混联机器人可满足微创手术的灵活性要求。     

基于多目标结构参数优化的微创手术机器人设计

为提高手术机器人的通用性,根据不同微创手术工作空间要求和操作要求设计了一种具有8自由度的通用性微创手术机器人,构造了包含运动学和动力学特性的多目标优化函数,利用遗传算法对含有运动学和动力学的双响应指标进行优化获得了具有较高灵活度的结构参数,为后续结构设计提供了良好的理论基础。     

基于Mathematica的七自由度手术机器人运动学分析

随着微创手术在临床上的广泛应用,手术机器人在外科手术领域得到了飞速发展。首先基于Mathematica对七自由度手术机器人进行建模,给出其D-H表,然后推导运动学正逆解及雅可比矩阵,并据此进行运动特性分析,最后通过运动学仿真模拟手术机器人的运动过程,对其运动学特性及工作空间进行了验证,保证了设计的可靠性,为其动力学研究打下了基础。     

一种五自由度混联机器人运动学分析

为了使工业机器人的位姿改变更加快速、灵巧,对一种五自由度混联机器人进行了结构分析．建立D-H坐标系求得末端执行器的位姿矩阵,提出一种基于PAUL逆变换法的串联机器人逆运动学封闭解的求解分析方法,求得该机器人的运动学逆解．计算机仿真结果验证了该算法的快速性和有效性．运用包络理论确定局部关节联动所形成的工作空间包络面,论证了该机器人作业姿态的灵巧性．利用几何叠加方法规划出机器人灵巧工作空间,为结构设计和运动控制提供了依据．     

6R机器人逆运动学求解与运动轨迹仿真

针对如何提高6R机器人逆运动学求解的精度和效率问题,提出一种基于动态模糊神经网络进行求解的方法。根据6R机器人逆运动学方程组具有高维非线性、求解复杂的特点,对动态模糊神经网络进行改进,使其能够应用于多输入多输出系统,建立运动学逆解预测模型。通过正运动学方程获取工作空间位姿样本,以工作空间的位姿作为预测模型的输入变量,以关节空间中的关节角作为输出变量,用样本数据对逆解预测模型进行训练。最后,运用该模型对KR16-2机器人进行复杂运动轨迹仿真,并与RBF和BP神经网络模型的求解效果进行比较,结果显示,基于动态模糊神经网络的6R机器人运动学逆解预测模型具有精度高、鲁棒性优和泛化能力强的特点,证明了该方法的可行性和有效性。     

多工位工作岛式抛光机器人工作空间分析及布局优化

为了提高水龙头等工件的抛光效率,提高抛光精度及质量,设计了新型多工位工作岛式抛光机器人.为使该机器人结构更加紧凑,在建立抛光机器人运动学和逆运动学方程基础上,分析了该机器人的灵活加工空间,提出采用多目标的粒子群法对抛光机器人的多个布局参数进行优化分析.该方法同时对抛光机器人的2个重要布局参数进行了优化,并应用粒子群法计算该机器人抛光不同大小工件时各自由度的最大关节空间.最后通过分析抛光机器人在不同工作平面上的灵活加工点验证了优化结果的正确性.实验结果表明,优化布局后的机器人完全能满足指定工件的抛光加工需求,并有较大的加工余量,获得了较好的实验抛光效果.     

基于杆组分析法的平面型串联机械手运动学逆解分析

利用PowerCube可重构机器人模块组装了一个可变异的平面型串联机械手.基于杆组分析法对该机器人进行逆运动学分析,并采用轨迹规划方法对机器人的步态进行了规划.MATLAB软件的仿真结果证明了运动学逆解的合理性,为机器人的步态轨迹控制提供了依据和算法支持.     

水轮机修复机器人运动学BP仿真算法

对于具有六个关节的工业机器人,运动学逆解可能存在多种解情况,而其中只有一组解最能适应机器人的工作要求.为了找到这样的一组解,在本文中利用MATLAB神经网络工具箱,创建了一种机器人运动学算法.该算法综合考虑了机器人关节空间的限位和工作空间的避障问题,以及机械手臂可能的形态,设计了一种前向神经网络结构,并应用MATLAB对其进行训练和仿真,达到了预期效果.     

新型煤矿救援机器人的特殊运动逆运动学

针对新型煤矿救援机器人头部单元的特殊运动（位姿调整）,提出了一种基于空间分割和遗传算法相结合的新方法求解其逆运动学.该方法能以最小的转动代价实现期望的位姿,有利于保持机器人稳定.采用二次空间分割法,解决了遗传算法搜索空间大,难以收敛到全局最优解的问题.仿真实验结果表明,采用新的逆运动学算法得出的位姿误差较小,而且关节角...     

6自由度装校机器人逆解的确定

为了实现对自主研发的6自由度装校机器人的精确控制,提出了一种机器人的逆解确定方法。通过D-H(Denavit-hartenberg matrix)法建立机器人各连杆的参考坐标系获得D-H参数,推导出机器人的运动学正解并采用解析法求得运动学逆解。基于作业时间最优的思想,采用在X-Y平面末端定域方法从多组逆解中确定出一组运动学逆解。运动学逆解可以用于机械臂末端执行器的精确定位和运动规划,为实现机器人的轨迹规划及实时控制等提供了理论基础。     

面向髓内钉闭合穿钉手术的机器人系统

为了辅助医生完成髓内钉闭合穿钉手术,实现在医生直接控制下的微创骨科手术,研制了由机器人子系统、导航子系统、遥操作子系统和手术仿真子系统组成的机器人辅助髓内钉闭合穿钉手术系统。该手术系统可以在X光图像的引导下,完成断骨牵引复位和髓内钉远端锁定操作,从而提高复位的效果,降低医生的工作强度。同时系统的遥操作功能使医生在非手术地点可遥控系统完成一系列的手术操作,减少医生在X射线下的暴露时间。实验表明,机器人手术系统满足手术要求,可以准确完成手术动作。     

基于MATLAB的6R焊接机器人运动学的仿真研究

为了更好地控制焊接机器人进行精准的焊接作业,以ABBIRB1600型焊接机器人为研究对象,利用MATLAB分析了它的正运动学、逆运动学和轨迹规划问题。基于标准D-H法对其进行建模,建立正运动学方程;在正向运动学的基础上,通过矩阵求逆的方法生成多组非线性方程并得到机器人各关节角度变量的8组解;在关节空间内对该机器人进行运动轨迹仿真,得到各关节轴的角位移、角速度和角加速度随时间变化的平滑曲线,仿真结果证明了所建立的运动学方程的正确性以及该机器人参数的合理性。为后续焊接机器人的轨迹规划研究提供了必要的理论基础和正确的运动学模型。     

移动机器人灵巧手的优化设计

针对移动机器人灵巧手的最佳灵巧性设计问题,提出了一种最优化结构参数的设计方法。将人类手指仿生学原理引入优化算法中,从单个手指的灵巧性分析出发,采用灵巧度指标最优的设计准则,确定了空间单指的最佳灵活性区域、各杆长度间的关系以及各关节的旋转范围,并采用MATLAB对上述结构参数进行优化计算与仿真,获得了满足抓取任务的尺寸参数,在此基础上对手指间相对位置采取了定量化的计算方法,仿真结果满足了灵巧性的设计要求。     

气动三自由度并联机器人设计与仿真分析

为了设计一种具有良好运动学性能的并联机器人,以基于气浮无摩擦缸驱动的3-UPU并联机器人为研究对象,对其进行运动学建模以及工作空间、动力学仿真分析。通过三维建模软件设计3-UPU并联机器人物理模型;根据机器人几何关系推导其运动学方程并基于数值解法得到该机器人的工作空间;采用遍历法求解机器人各支链旋转角度范围,从而得到该机器人在其工作空间的最大输出力分布情况。仿真结果表明,该机器人具有良好的运动学性能。     

冗余复合构型微创手术机器人定位方法研究

根据冗余复合构型微创手术机器人兼具冗余关节和被动关节的特点,提出了一种针对此类复杂多自由度机器人的定位方法。首先分析了机器人构型特点,然后利用D-H法建立了机器人运动学方程,并结合临床实际,确定冗余关节角,将运动方程进行退化,得到合理的运动学逆解和定位角。利用微型磁定位传感器进行被动关节臂实时位形测定,开发出机械臂定位界面,提示操作者进行定位和臂形设置。实验结果表明,定位方法可行,可视化效果好,适于临床操作。     

微创外科手术机器人技术研究进展

为实现外科手术的微创化、精确化、智能化、远程化,将机器人技术与微创外科手术相结合,在综述国内外微创外科手术机器人研究现状的基础上,重点论述和分析从操作手设计、控制结构与控制方法,对力反馈主手、手术器械及力感知、增强现实、半自主手术、手术训练系统等关键技术进行了介绍和分析.基于上述技术研发的微创外科手术机器人改善了医生进行微创手术的环境和工具,提高了外科手术的质量,具有广泛的应用和发展前景.对微创外科手术机器人技术的发展趋势进行了展望.     

新型6-PRRS并联机器人运动学和动力学研究

利用旋量理论和指数积方法求解了6-PRRS并联机构主动关节与被动关节的位置逆解。根据该并联机构的输入输出映射关系,推导出一种基于速度投影的雅可比矩阵求解方法。提出一种解决新型6-PRRS并联机器人逆动力学问题的系统方法,采用Lagrange法建立并联机器人的刚体动力学关系,应用虚功原理最终获得动力学模型。解决了6-PRSS并联机器人一系列运动学和动力学问题,这些方法具有一定的通用性,适用于类似并联机构的分析与研究。