腹腔微创手术机器人的主从控制

为提高基于内窥镜的腹腔微创手术机器人系统的手眼协调一致性,提出了一种主从控制方法.基于旋量理论建立从手系统的正逆运动学模型,基于运动模型提出内窥镜坐标系下的主从运动控制算法,该算法包含了运动的一致性控制、相对运动控制和比例运动控制.主手的腕部为被动方式(无电机驱动),不能在任意位置保持静止,在手术开始、中途中断或调节主手工作空间时,主手和从手姿态不能保持一致.为此,开展3种辅助功能实现研究,分别为主从姿态配准、手术器械更换和主从二次映射.最后进行了套环和穿线实验,这两组实验最大空间位置误差均小于1 mm,说明该算法可有效地提高手眼协调的一致性.     

基于连接结构知识的装配序列规划

通过分析组成装配体的零件特征,提出了连接结构的概念.采用面向对象技术,以连接结构作为装配信息的载体,对不同类型的连接结构的装配信息,采用相同的层次结构进行组织和存储.以连接结构作为基本装配单元,建立基于知识的装配Petri网模型,运用连接结构知识,构建装配Petri网模型,从而大大减少模型中的节点.在此基础上,利用Petri网点火原理,求解装配体的基于连接结构的可行装配序列.连接结构知识的引入可以降低装配序列规划的复杂性,提高装配顺序规划的效率.     

内窥镜操作机器人灵活性分析及仿真验证

在微创手术中为了使内窥镜的姿态满足外科手术的需求,借助于服务球、服务点、服务区的概念给出机器人灵活度空间的分布.根据七自由度内窥镜操作机器人结构特点,采用位姿分解方式求得位置运动学解析逆解.针对微创胸腹腔手术的临床需求,分析了该机器人的灵活性,提出了内窥镜操作机器人灵活度空间分布的分析方法,并通过数值方法对工作空间内任意点仿真得到机器人灵活度的空间分布.对机器人逆解和灵活度分布进行仿真验证,证明该方法的正确性,表明内窥镜操作机器人的灵活度满足实际的手术需求.掌握运动学和灵活度空间分布,为后续机器人控制方法的实现和术前的路径规划提供了必要的理论依据.     

基于Gabor能量空间的尺度不变兴趣点检测方法

兴趣点检测是中层视觉感知过程的关键步骤,也是众多机器视觉系统的重要组成部分.此前的大多数兴趣点检测子都是针对特殊的二维图像结构设计的,比如角点、交叉点、端点等,所以对与其差别较大的特征不能检测.采用在Gabor能量空间中迭代搜索的方法,本文提出了一种尺度不变兴趣点检测子.基于结构不同的二维图像特征在相频域中表现相似的特点,该检测子能检测大多数特征.首先,基于Gabor滤波器响应获得一系列能量图像,通过极值点检测得到候选兴趣点;其次,使用一种迭代方法同时选择特征尺度与精确定位特征点位置;最后为了提高算法的实时性,采用了一种递推方法加速能量图像的计算过程.实验结果表明相对于其它检测子,本文提出的方法具有更广泛的适应性,并且在旋转、尺度、光照等变化下具有良好的稳定性.     

基于Lyapunov法的非完整移动操作机运动规划

研究了受非完整约束的轮式移动操作机运动规划问题.根据拉格朗日动力学原理建立满足非完整约束条件的动力学方程,并证明该方程的结构特性.基于Lyapunov理论设计了运动控制器,实现系统从初始位置到目标位置的运动规划.仿真结果表明该控制器的有效性.     

未知环境下基于行为的机器人模糊路径规划方法

针对非结构化环境下的多关节机器人实时避障问题,应用基于模糊逻辑方法,提出了一种新的未知环境下基于行为的机器人实时路径规划方法。敏感皮肤被用来探测机器人周围的障碍物。规划方法包括接近目标和绕过障碍两个行为。机器人根据周围环境的信息选择合适的行为,从而实现机器人路径规划的目标。由于应用了模糊控制,使方法具有较好的实时性,可以应用到存在未知障碍物的机器人在线运动规划中。仿真环境中存在多种类型的未知障碍物,机器人均在算法的控制下到达了目标位姿,证实了算法的有效性。     

障碍环境下移动操作机零件移动规划方法研究

将移动操作机应用于装配领域，研究了运动冗余且受非完整约柬的移动操作机系统在障碍环境下完成零件移动任务的运动规划问题。将整个任务划分成移动、夹取和转移3个子任务。将随机道路图法应用于移动操作机的协同避障规划，首先求出了移动平台的一条满足非完整约束的简单路径；然后以此路径作为操作臂位置约束，在操作臂的位形空间内随机采样构造了道路图；最后通过图的搜索获得一条移动操作机的无碰路径。以平面移动操作机为例，通过计算机仿真实现了2维工作空间的零件移动操作，表明了该方法的有效性。     

基于虚拟现实的机器人离线编程技术的研究

介绍了一个基于虚拟现实技术的机器人离线编程系统.对系统结构作了描述,讨 论了机器人虚拟仿真环境建模技术、基于虚拟现实设备的机器人任务生成技术、碰撞检测算 法.该系统建立了基于虚拟现实技术的高级人机交互接口,使机器人离线编程更加快速、方便 和直观.     

新型智能结构中埋入式曲率光纤传感器的研究

研制了一种新型埋入式曲率光纤传感器,以结构的曲率变形对传感器的输出光强实现强度调制。提出了该传感器的传感机理,对传感器的结构作了改进。将此传感器埋入树脂基复合材料板内部,测量板的弯曲变形。设计了一种智能结构中光纤出口和入口处的新型结构和保护方法。利用此曲率传感器组成准分布式传感系统检测智能结构的形状变化,重建智能结构的形状。     

面向冗余机器人实时控制的逆运动学求解有效方法

针对7自由度冗余机器人实时运动控制,对机器人逆运动学提出了一种新的求解方法.采用位姿分解方式,使7自由度冗余机器人逆运动学简化为4自由度位置逆运动学求解.在梯度投影法得到位置优化解的基础上,利用机器人封闭解公式求得一组优化解.通过对7自由度机器人仿真分析,表明了该方法的有效性.