一种位姿解耦的主操作手结构设计与优化方法

为提高医生对微创手术机器人主操作手进行操作时的一致性和灵活性,设计一种8关节串联型力反馈主操作手。从位姿解耦角度出发,通过一种双平行四边形结构实现位姿解耦,提高了主操作手在不同位姿下操作的一致性。利用改进后的D-H参数法和逆变换法,分别建立主操作手的正运动学和逆运动学模型,并从运动学角度验证了该位姿解耦策略的正确性。基于蒙特卡洛法,使用MATLAB编程,分析主操作手的最小工作空间。求解主操作手的雅可比矩阵,基于全域性能指标和全域性能波动指标定义了主操作手的综合运动性能指标,并以最小工作空间作为约束,用遗传算法对主操作手的运动性能和结构尺寸进行了分析与优化。结果表明:相比于优化前的初始设计,优化后主操作手的综合运动性能指标提高了15.32%,尤其是具备良好运动性能的工作空间体积增加到原来的3倍,已基本包含手术要求工作区域。主操作手在保证操作一致性和足够工作空间的基础上,具备了良好且稳定的运动性能。     

一种丝驱连续体手术机械臂的设计及其运动学分析

针对现有的连续体机械臂及其运动学模型无法得到运动学解析解的问题,设计了一种具有两个弯曲自由度的丝驱动连续体机械臂原型,并对其正逆运动问题进行了研究。基于分段常曲率假设,结合D-H法建立了连续体机械臂的正运动学模型,推导出了驱动丝长度到机械臂末端位置的映射关系,得到了正运动学解析解;通过提取机械臂骨干曲线,利用几何分析法建立了连续体机械臂逆运动学模型,推导出了机械臂末端位置到驱动丝长度的映射关系,并得到了部分逆运动学解析解;最后,通过实验对所提出运动学模型的有效性进行了验证。研究结果表明:所提出运动学模型的平均位置误差不超过2.56 mm,约占机械臂总长度的2.57%,能够很好地用于连续体机械臂末端位置控制。     

基于改进差分进化算法的伺服驱动系统摩擦参数辨识研究

非线性摩擦力是影响伺服驱动系统定位精度的主要因素之一,摩擦补偿技术可以有效抑制摩擦力对伺服驱动系统的影响。Stribeck摩擦模型作为一种常用的摩擦模型,能够比较精确的描述系统摩擦力的特性,其精确程度与摩擦参数的准确度密切相关,所以辨识摩擦参数的方法至关重要。论文以常规伺服驱动系统为研究对象,提出了一种基于改进差分进化算法的摩擦辨识方法,并与常规差分进化算法和遗传算法进行了仿真对比。辨识结果表明,基于改进差分进化算法的摩擦参数辨识方法辨识速度更快,精确度更高。     

一种新型双轴差速式微量进给系统的建模与分析

常规驱动进给系统(Conventional drive feed system,CDFS)的低速运行动态性能对机床的跟踪及定位精度、零件表面加工质量等有着非常重要的影响。非线性摩擦使CDFS在低速运行时出现爬行现象,从而严重影响其低速性能。为了克服CDFS的精度极限,提出一种新型的双轴差速式微量驱动进给系统(Dual-axis differential micro-feed system,DDMS)。在DDMS中,将常规"丝杠旋转型"滚珠丝杠副替换为"螺母旋转主驱动型"滚珠丝杠副,丝杠和螺母均由伺服电动机驱动。两个驱动轴(电动机驱动丝杠和电动机驱动螺母)的运动方向一致,速度几乎一样,通过"螺母和丝杠复合驱动"的差速式传动结构进行合成,可以使被驱动件在极低速下获得均匀、稳定的微量进给。和CDFS相比,丝杠和螺母都在高速下旋转,所以滚珠丝杠副的非线性摩擦干扰会显著降低。系统的摩擦特性用Lu Gre模型来描述,而且对滚珠丝杠传动副和直线运动导轨处的摩擦分别进行建模。通过仿真和试验研究发现,和CDFS相比,DDMS可以使工作台在极低速下获得稳定的速度响应和极高的分辨率。并且,DDMS在低速下的位置跟踪精度也比CDFS高。因此,提出的DDMS可以有效降低摩擦对系统的不利影响,为低速下驱动进给系统动态性能提高建立了基础。     

基于TRIZ的筒纱自动缝纫包装系统设计与实现

目的 为了实现筒子纱的自动化缝纫包装,文中基于发明问题解决理论(TRIZ)提出并设计一套筒子纱自动化缝纫包装系统。方法 在结构设计方面,运用TRIZ理论进行分析,找出多对技术矛盾,根据分割与切割、预先作用、反向等发明原理设计实现一种新的缝纫及其夹持机构,解决传统筒子纱编织袋包装系统存在的工业缝纫机头无法移动,以及编织袋自身和筒子纱作为物料较为柔软、容易形变的问题。结果 对样机封包的稳定性进行了测试,将样品分9组,每组进行80次封包试验,总计720次。由试验结果可知,系统运行稳定,总体成功率达到99.70%。结论 基于TRIZ的筒纱自动缝纫包装系统对不同硬度、质地、尺寸的编织袋有很好的适应性,具备良好的推广应用价值。     

基于最小二乘法的轮胎动平衡测试标定方法

在轮胎动平衡测量的实际应用中建立起测量数学模型,为了给出数学模型中的系数参数,引入了最小二乘法的思想。根据最小二乘法的求解原理,建立了一种适用于方程组系数参数的拟合算法,在传感器测量标定的数据处理中加以应用,提高了计算精度。通过将其与一般算法的结果进行比较,体现了最小二乘法在标定计算中的优越性。     

不同因素对射频解冻猪肉效果的影响

为研究各因素对射频解冻猪肉效果的影响,基于现有实验数据和有效比热法建立射频解冻猪肉模型。射频解冻效果与多种因素有关,其中上下极板间距、冻猪肉位置和电压波形是影响较大的3 种。分析不同因素对冻猪肉解冻速率、解冻均匀性和解冻后温度分布情况的影响,进而得到一种解冻效果较好的方案。结果表明：上下极板间距越大,解冻速率越慢,解冻后温度分布越均匀,但极板间距与解冻速率之间并不呈线性关系;当电压波形为方波时,解冻速率较快但温度均匀性较差,过热区域集中在猪肉中部,而电压波形为正弦波时,过热区域集中在猪肉拐角和棱上;猪肉位于上下极板之间比位于下极板时的解冻速率更高,解冻均匀性更好。根据仿真结果,冻猪肉位于极板中间、电压波形为正弦、上下极板间距为7.5 cm时解冻效果最好。     

基于变电站巡检机器人的紫外电晕检测系统及检测方法研究

传统手持式人工巡检存在的运维人员劳动强度大、设备状态识别不标准等问题逐渐暴露,变电站巡检机器人搭载紫外成像设备进行变电站设备局部放电检测遂被提出。以变电站巡检机器人为载体,设计基于机器人的紫外电晕检测系统,通过同类设备的相互比较和单一设备的历史记录比较等手段实现机器人对变电站局部放电设备的智能化检测,成功做到了变电站巡检机器人搭载紫外成像设备对变电站设备进行巡检,并在设备故障初期给出报警,增长了变电站设备故障的预警时间,提高了变电站运行的安全性和信息化程度。