生物工程中的微操作机器人系统

对微操作在生物工程的作用作了简要叙述,着重介绍了当前国内外微操作机器人系统的发展状况。在广泛调研的基础上提出了比较理想并切实可行的面向生物工程的微操作机器人系统的物理结构。     

并联微操作手的运动学分析

对６自由度并联微操作手的运动学进行了深入研究。此操作手是一个６－６型、ＰＳＳ副、带柔性铰且由压电驱动的微动并联平台。针对其微动特性,利用摄动旋转齐次变换矩阵,建立了并联微操作手的运动学方程,导出输入、输出位移的雅可比矩阵。该矩阵在整个微小运动范围内,可近似为常数阵。最后用计算机仿真分析了引入常雅可比矩阵的微操作手运动误差,结论证明了简化的合理性和有效性。     

微操作手自由度的选择

分析了显微操作的动作方式，讨论了微操作手的运动特点，按照位置和姿态的耦合及解耦两种情况，研究了微操作手自由度确定的理论依据。结论表明三维平动并联机构更适于显微操作。     

时栅角位移传感器在线自标定系统

为解决时栅角位移传感器在实际应用中的在线标定问题,提出了一种定角平移自标定方法并设计了相应的自标定系统。该方法首先把圆周封闭的自然基准转换成定角基准,在时栅内部建立了自标定基准。然后,根据傅里叶级数的性质,将定角基准平移到傅里叶变换的幅值和相位中,建立了测量值之差与误差之差的函数关系。通过对测量值之差进行傅里叶分析,重构了时栅角位移传感器的误差函数。最后,讨论了影响自标定精度的误差来源,并设计了传感器的零点纠错算法。为了检验自标定效果,利用激光干涉仪实验装置与自标定系统进行了对比试验。结果表明:定角平移自标定精度为1.9″,与理论计算的自标定误差(1.5±0.5)″的结论相符。提出的自标定方法在解决时栅自身标定基准的同时,满足了精密测量领域对时栅精度和可靠性的要求。     

3自由度柔性微机器人的静刚度分析

柔性微机器人要求具有很高的定位精度，而其静刚度在很大程度上决定着这一指标。针对目前对柔性微机器人静刚度分析中存在的不足，采用了结构分析中的柔度矩阵法：首先建立起机构中柔性单元的柔度模型，同时通过不同坐标系间的转换和单元节点处位移协调方程和力平衡方程的建立，递推出机器人末端相对参考坐标系下的静刚度矩阵。最后，以3自由度并联柔性微机器人为实例分析了该机器人的静刚度。分析表明：利用柔度矩阵法分析柔性微机器人运动学问题不仅便于计算，更接近柔性机构的本质。     

并联3-2-1结构新型微操作手及其承载能力分析

以并联6-PSS 3维平台机构为原形，用柔性铰链替代球铰，用柔性框架替代直线移动副，设计了一种新颖的并联3-2-1结构的6自由度微操作手。介绍其结构特点，推导出输入输出微位移方程并对其承载能力进行分析，为其设计和使用提供理论依据。这种微操作手具有分辨率高，微位移解耦，算法和控制简单等优点。     

一类带冗余支链并联机器的运动学自标定

利用冗余支链测量信息,对一类带冗余支链并联机器的运动学参数进行自标定。通过矢量闭环微分法,建立冗余支链运动学误差模型,并通过多个位姿处误差传递矩阵的组合,得到自标定的辨识雅可比矩阵。针对部分运动学参数误差辨识性差的问题,提出一种基于辨识雅可比矩阵各列线性相关性分析的辨识性分析方法,得到可辨识的运动学参数误差线性耦合式,并简化误差辨识方程使辨识性提高。最后利用冗余支链角度编码器测量信息,完成一个4RRR冗余并联机器的运动学自标定,仿真结果显示,基于冗余支链的运动学自标定能有效提高冗余支链和机构终端运动精度。     

A method for fine positioning of diagnostic packages in inertial confinement fusion experiments

A method based on binocular vision servoing for positioning of a diagnostic package in inertial confinement fusion (ICF) experiments is presented. The general diagnostic instrument manipulator will provide precision three dimension positioning and alignment-to-target capability in ICF experiments. In this work, we focus on the final precise automatic positioning with a binocular vision system. A three dimension image projection vector (IPV), which has an almost linear relationship with the target position in 3D space under the condition of weak perspective, is introduced to extract target position information from binocular image. The difference of the IPV between the current image and the desired image will be used as the input of servo controller. A differential motion model was found for the hybrid manipulator with three degrees of freedom. With this model and the said IPV, the servo strategy will be dramatically simplified compare with general image based visual servo in which the image Jacobian matrix needs estimated online. The experiment result implies that the locating accuracy of the manipulator is less than two pixels. This method can also be used in micromanipulation visual servo field.     

Atypical cells in the normal guinea pig organ of Corti as revealed by micromanipulation in SEM.

Inner ear tissue of the normal guinea pig was conductively stained (OTOTO-method) for SEM investigations. The Hensen's cells of the organ of Corti were removed using a micromanipulator inside the SEM. By this method atypical bodies of sensory and supporting cells were revealed in the apical turns of the cochlea. Atypical sensory cells showed great variations in size and shape. Several had no contact to Deiter's cells and no or only one nerve supply at their basal end. Atypical Deiter's cells showed alterations in shape and in the form of their phalangeal processes. Additionally altered parts of the organ of Corti were isolated by micromanipulation and embedded for correlative TEM-investigations.     

基于双目立体视觉的摄像机外参数快速在线自标定算法

提出了一种基于双目立体视觉的摄像机外参数在线自标定算法。该算法采用理想的小孔成像模型,事先离线标定好摄像机的内参数,且各项内参数在自标定过程中均不发生变化,通过双目系统采集的二维目标图像,进行匹配和分析计算,来实时标定视觉系统的位置参数即摄像机的外参数。由于该算法可以实现摄像机快速在线标定,可以实时获得视觉系统位置参数,故可为无人机的自主着陆提供高度信息。