基于Bézier曲线的虚拟手术切割新算法

针对虚拟手术中现有切割算法存在的切口不光滑、对重组网格依赖大、容易生成病态网格等问题, 提出了基于Bézier曲线的切割算法与切口边界独立绘制方案, 在不增加重组网格的基础上, 实现光滑的切口绘制; 通过在切割区域边界点与Bézier曲线之间直接添加弹簧约束的方式, 使模型能够控制切口的张裂度, 实现切口的弹性张开; 最后对切割操作中含摩擦力与不含摩擦力的反馈力计算模型进行了理论分析并与实测值进行了对比; 结果表明该切割算法在视觉与触觉反馈方面都表现出非常好的逼真性。     

一种基于效益的多机器人避碰协调策略

多移动机器人系统在完成同时定位和地图构建SLAM任务时,机器人之间常常存在相互碰撞的问题,而这种碰撞的避免又不同于一般的避障,因为避障问题中的障碍物一般是不动的。为了解决机器人之间的避碰问题,提出了一种基于效益的多机器人避碰协调策略。该策略以提高多机器人系统探索效率为主,确定机器人通过交叉路口的顺序。同时考虑了动态协调避碰的情况,给出了确定机器人通过交叉路口顺序的算法。通过机器人在交叉路口实现避碰协调算法的仿真示例,对该方法的避碰协调过程进行了说明,并对仿真结果进行了分析,同时对仿真中机器人和目标位置的空间关系给出了合理的假设。     

基于马尔可夫随机场的非监督声呐图像分割方法

针对声呐图像的特点,提出了一种新的基于马尔可夫随机场(MRF)的非监督声呐图像自动分割方法。研究发现,声呐图像混响区基本上都服从高斯分布,然而,其直方图离散化的分布效果不利于图像的自动分割,因此,通过一种快速有效的高斯金字塔模型对声呐图像进行预处理,使得处理后的声呐图像的海底混响区直方图服从高斯分布。在此基础上提出了一个能够自动确定声呐图像分类个数的模型,并通过该模型结合一种局部能量极值化的方法对马尔科夫模型的初始化参数进行估计,从而形成一种完全自动的声呐图像分割模型。最后,利用该模型对声呐图像数据进行了分割实验,并和其他典型的分割算法进行了比较,验证了该方法的有效性及快速性。     

常用的漏电保护器集成电路

漏电保护器专用集成电路是针对额定电流较小的电子式漏电保护器的特殊要求而专门设计的器件,它能以最少的外接元件制成灵敏度较高,性能稳定可靠,抗干扰能力较强的家用漏电保护器。     

虚拟手术仿真中人体软组织形变技术的研究

对虚拟手术仿真中人体软组织形变技术进行深入研究,利用OpenGL三维图形标准建立了基于质点-弹簧物理模型的虚拟人体软组织形变系统。围绕虚拟手术仿真中人体软组织形变的逼真度和实时性两大要素展开研究,通过对比四边形网格结构提出了改进的基于质点-弹簧模型的正六边形几何拓扑结构,并对软组织形变动力学模型及其数值积分算法、软组织形变力反馈计算模型进行了讨论,针对以往的虚拟手术器械与软组织表面接触时作用点的最近邻质点求取算法存在的不足,提出了改进的求取算法。实验结果表明,改进的算法在模拟软组织形变时具有较好的稳定性和实时性。     

基于局部动态模型的软组织形变建模与仿真

选择人体软组织模型作为研究对象,针对医学触诊训练的特点,提出了可变区域的局部质点-弹簧/阻尼器(ALMSDM)模型.该模型具有位置可变及区域可扩展的动态特性,改善了以往文献中局部建模方法静态限定的局限,解决了全局“面模型”形变恢复能力差及数据量大的问题.结合ALMSDM的特点,提出了顶点法向量局部更新与预计算策略,从而极大地提高了系统的实时性.从形变恢复能力、反馈力及实时性3方面对不同模型下的系统性能进行了评价,结果显示所提算法能够保证虚拟软组织形变仿真的精确性与实时性,具有可行性与通用性.     

加权观测融合非线性无迹卡尔曼滤波算法

针对非线性系统的无迹卡尔曼滤波器(UKF),应用加权最小二乘(WLS)法,提出了加权观测融合UKF滤波算法.证明了加权观测融合UKF滤波算法与集中式观测融合UKF滤波算法在数值上的完全等价性,因而具有全局最优性.一个带两传感器非线性系统的仿真例子说明了两种融合算法的有效性及等价性.     

基于补偿技术的宽频带压电陶瓷驱动电源

压电陶瓷驱动电源是压电陶瓷微位移驱动器中的重要部分.为完成内燃机燃油喷射、微细电火花加工、扫描探针电子显微镜的高速扫描、打印机及复印机的压电喷墨、高性能硬盘驱动等操作,不仅需要达到一定定位精度,而且对动态性能及有效带宽的要求也越来越高.针对在高速条件下,目前实际应用中的压电陶瓷驱动电源普遍存在带载能力显著下降,闭环频响带宽较窄等缺点,设计并研制了一种新型宽频带压电陶瓷驱动电源.该电源采用了"反馈零点"补偿及噪声增益补偿技术,具有较强的带负载能力、较短的响应时间、较宽的频带及较好的稳定性.     

压电陶瓷迟滞特性的建模及复合控制

压电陶瓷因其具有迟滞特性,如不经处理,会对其应用产生影响.针对当期望输出与频率无关时的压电陶瓷的迟滞非线性问题,提出了一种基于极坐标的数学建模方法,同时给出了通用的PI迟滞模型,并对两种模型进行了比较.仿真结果表明仿真曲线较平滑,克服了PI迟滞算子拟合出现的毛刺问题. 根据实验结果分析了极坐标的迟滞曲线和PI迟滞曲线的拟合误差,并进一步给出了拟合方差.在该迟滞模型的基础上,引入前馈PID控制方法进行实验,给出跟踪平均绝对误差及方差,并与经典PI控制在跟踪精确度等方面进行了比较.实验结果证明了该控制方法的可行性和精确性.     

直流电机位置伺服系统设计

以机械臂的驱动电机为研究对象,采用廉价的旋转电位器作为位置传感器,设计了基于单片机的直流电机位置闭环控制系统。首先,研究了直流电机的位置控制原理和实现方法,并提出了适用于该系统的力矩控制方式。然后,从设计指标出发,计算了电机的负载,选择了执行电机,并设计了系统的硬件电路和相应的控制程序。最后,重点对系统调试过程中出现的非线性问题进行了研究,针对机械产生的非线性问题提出了改进方案和补偿的方法,并应用到了系统实际设计中。成功实现了直流电动机在空载、负载这两种不同状态下的位置控制。