基于LabVIEW与单片机的温度采集监控系统设计

利用温度传感器DS18B20与AT89C51单片机构建温度采集监控硬件系统,上位机采用LabVIEW平台开发应用程序,通过串口通信实现温度采集系统与上位机之间的数据传输与通信。系统可以实现温度实时数据的采集、显示、报警、存储与回放。当实际温度超过设定范围时,输出信号进行加热或通风操作。本文温度检测系统在电热水壶周围进行温度检测时的界面,温度分别达到了47.5℃及65.3℃。表明,该系统可以有效地监测温室大棚及工厂环境中的实时温度及其变化,具有较强的可靠性与实用性。     

基于旋量理论的主动介入导管运动学研究

针对介入手术操作环境几何特征各异的特点,为提高介入设备的通用性,提出一种由记忆合金丝SMA(shape memory alloy)与绳索混合驱动的模块化主动介入导管机器人。采用旋量理论和指数积POE(product of exponentials formula)方法推导建立了3关节主动介入导管运动数学模型,对介入导管机器人的工作空间及运动仿真分析,结果验证了所建立运动学模型的正确性。所采用方法大大降低了多节主动介入导管运动学模型的复杂性,为介入导管机器人的实际应用奠定了理论基础。     

基于连接组合体方法的关节机器人动力学参数辨识

为获得不受负载影响的机器人动力学参数的独立值,采用连接组合体方法辨识机器人动力学参数,即辨识时按照一定的方式及次序锁定其他关节,每次仅让某几个关节运动,从而辨识出全部参数的独立值。编写了机器人动力学参数辨识程序,对某确定工业机器人进行了动力学参数辨识计算。结果表明:该方法能够获得独立的机器人动力学参数;绝大多数参数能够获得理想的辨识精度;受噪声影响,部分参数辨识结果与理想值差距较大,原因在于这些参数对力矩的贡献很小,在噪声存在的情况下,其信息被淹没;基于辨识结果的力矩计算结果与机器人控制理想力矩具有很高的吻合度,验证了该方法的正确性。     

用于水下机器人姿态调节的电磁式水下合成射流激励器

目前水下合成射流激励器主要采用机械传动的方式,如凸轮机构,其机械结构复杂且行程不可调.针对此问题,设计了一种机械结构简单且行程可调的电磁式水下合成射流激励器.采用音圈电机带动活塞做直线往复运动来产生合成射流,并对该激励器在不同腔体出口直径、不同活塞振动频率及不同活塞位移条件下开展了一系列推力实验.通过实验得出合成射流平均推力与出口直径呈反比例相关,与活塞振动频率及活塞位移呈正比例相关,且激励器效率随出口直径的增加而增加.结果表明,电磁式水下合成射流激励器能够产生平均推力,是一种新型的水下机器人姿态调节方式.     

血管介入手术中的柔性虚拟力触觉系统研究

随着微创手术的发展,虚拟手术的应用前景越来越广阔.力反馈作为虚拟手术的核心技术,其实现的效果直接影响了虚拟手术的沉浸感.通过对经典包围盒碰撞检测算法进行研究比对,选择了球包围盒的碰撞检测算法,并建立了精确的反馈力计算模型,实现了介入血管中的柔性碰撞仿真.该仿真具有很高的实时性和精度.     

基于数值计算方法的水下合成射流推力特性

研究了水下合成射流的数值计算方法,对比了不同网格尺度、不同边界层尺度以及不同湍流模型对合成射流流场以及推力的影响,结果发现,推力计算结果对网格尺度、边界层尺度及湍流模型并不敏感。将推力数值计算结果与已有的试验结果进行了对比,两者具有很好的一致性,验证了数值计算方法的正确性。研究了不同L/D（L为活塞直径,D为出口直径）条件下合成射流激励器的推进效率,结果显示,当L/D值在4附近时,合成射流推进效率最高;当L/D值偏离4时,推进效率降低,这与已有的试验结论一致,进一步证实了数值方法的正确性。建立了水下合成射流的推力模型,该模型将合成射流的推力分为以下3个部分：质量变化引起的动量变化、加速度引起的动量变化以及外部流体的阻滞作用。结合该模型,对一种出口可偏转合成射流激励器不同偏角下的推力进行了对比分析,证明合成射流的高效率源自于外部流体的阻滞作用。     

基于电阻反馈的 SMA 控制系统设计

形状记忆合金（SMA）驱动器在生物医疗中得到了广泛应用。目前,SMA 驱动器的控制器多采用外部传感反馈方式,体积大,应用受到限制。提出一种基于 SMA 内部电阻反馈的嵌入式控制电路。使用 ATMEGA16单片机搭建了 SMA 驱动器加热控制电路及恒流源电桥方法的电阻测量采集电路。实验表明：该控制系统可以产生可控 PWM,恒流源电桥方法测 SMA 电阻可以得到足够的测量精度,系统可用于 SMA 驱动器的控制。