弹性变形对仿人机器人步态规划的影响分析

仿人机器人行走步态研究的理论、方法及建模均未考虑系统各部件弹性变形的影响，导致行走实验结果与理论步态规划存在较大的差异，制约了步行质量的提高和连续快速稳定步行的实现。本文运用ANSYS有限元软件，针对清华大学研制的THBIP—Ⅰ型仿人机器人样机，建立精确的有限元模型，进行步行运动弹性变形及其对步态规划影响的有限元仿真分析，在此基础上提出了对步态规划进行局部修正完善的方法，步行实验证明该有限元模型及仿真分析结果是有效的。     

分段对称反向高斯-约当消元法及其应用

求解变系数方程的高斯消元法与高斯-约当消元法计算原理类似、问题相近,但前者计算速度高于后者.提出分段对称反向高斯-约当消元法,其中包括根据系数矩阵结构特点构成特殊增广阵,以展示和应用元素的变化规律,并分段对上下三角元素消元以大大提高计算效率.对矩阵下三角元素正向消元及对称计算可简化所有下三角元素计算,而对上三角元素反向消元可再省略所有上三角元素计算,而取倒后的对角元素作为规格化因子可大大减少除法计算.根据单位矩阵结构特点,对其规格化或对系数矩阵上下三角元素消元时均仅计算部分对角元素和下三角元素可进一步提高计算效率.所有元素均用四角规则计算而无需计算公式以简化计算和编程.新方法大大减少了高斯-约当消元法中元素的计算,且原理简单、易于编程,可快速求解各种变系数方程,还可利用元素对称性求解常系数的节点阻抗矩阵.与高斯消元法和高斯-约当消元法相比,新方法计算速度大大提高.     

CAN总线伺服控制卡的研制应用

本文结合清华大学THBIP-I型仿人机器人样机研制，开发设计了基于CAN总线的仿人机器人关节伺服控制卡。文中详细描述了该控制卡的硬件结构原理和系统软件协议，以及伺服卡在样机上的技术实验，并提出了进一步完善发展的思路。     

PLC在医疗机器人控制系统中的应用

将PLC应用于医疗机器人的控制系统.介绍了PLC的选型,并根据工作要求给出了相应的硬件和软件设计,软件设计中着重介绍了直线步进电机升降控制和点动控制程序.现场实验表明,该机器人运行良好,安全可靠,满足系统的要求.     

基于节点解耦的牛顿—拉夫逊潮流计算算法

对牛顿—拉夫逊法潮流计算作出适当简化,解除方程式中各节点之间的耦合关系,形成了一种新的节点解耦算法.该方法将雅可比矩阵简化为广义分块对角阵,进而取消雅可比矩阵所需的存储单元及其求逆运算过程,并引入高斯—塞德尔的迭代方式进一步加快收敛速度.算例验证了该方法的可行性,尤其是在复杂系统计算中具有占用内存小、计算速度快的特点.     

基于平面模板的机器人TCF标定

针对末端夹持激光位移传感器的机器人TCF(tool/terminal control frame)标定,提出一种基于平面模板的标定方法,机器人操作末端执行器使激光位移传感器在不同位形下对平面模板进行测量,再通过非线性最小二乘拟合求解标定参数.为了减小问题的奇异性,对标定时应该采取的参数控制策略进行了定性分析.该标定方法只需要一块表面精度较高的平面模板,而无需其它测量仪器,标定过程简单、易操作,且易于实现自动化.仿真和实验结果表明本文提出的标定方法具有较高的精度.     

压电驱动晶体的特性研究

压电陶瓷迟滞特性是影响压电陶瓷驱动器位移输出精度的主要因素。在仔细研究现有的解决方案的基础上，采用Preisach模型对压电的迟滞性进行建模，并进行了相应的实验研究。实验结果证明该方法可以很好地降低压电陶瓷迟滞特性对位移输出性能的影响。而且采用压电陶瓷位移输出不回复到初始0电压状态的处理方法能够更地吻合实际情况。     

配电网动态无功补偿的整体优化算法

提出了考虑开关动作次数约束和一天中系统能损最小为目标的混合整数配电网无功补偿动态优化模型.采用模拟植物生长算法同时从时间和空间两个角度对目标函数进行整体优化,避免了将其分解成动作时间和投入容量两层优化问题进行求解.通过对约束条件的巧妙处理,加快了算法的寻优速度.给出了满足动作次数限制约束的IEEE 69节点系统全天电容器投切的整体优化方案,分析了最大动作次数取值的变化对动态无功优化结果的影响,并且与不计动作次数限制的优化结果进行了比较.算例结果显示了所提方法的正确性和有效性.     

THMR-I介入治疗机器人系统的研究及其临床应用

为实现完整的图像引导-机器人主动定位-辅助穿刺的机器人辅助介入治疗手术流程,针对超声引导腹腔介入治疗的特点设计了THMR-I介入治疗机器人系统,在设计上重点考虑了针对临床的可靠性和安全性.该机器人通过五自由度串联机构实现了大角度准确主动定位.根据临床工作环境的要求求解机器人运动学,分析了系统误差组成,并通过坐标系统标定建立了定位装置与机器人之间的映射关系,实现了机器人系统和图像导航系统的协调工作.精度实验证明,机器人子系统满足腹腔穿刺的精度要求并具有足够的裕量.THMR-I机器人在临床囊肿穿刺手术上的成功应用验证了超声引导机器人辅助介入治疗系统的可靠性和安全性、有效性及精度.