基于双目视觉的医疗机器人摆位系统测量方法

为了实现精确放疗过程中精确定位和肿瘤位置的精确测量,建立了基于双目视觉的医疗机器人摆位测量系统,并对系统所采用的摄像机标定方法、标记点识别及其三维坐标计算、摆位系统的位置验证等算法进行研究。建立基于双目视觉的医疗机器人摆位测量系统;提出了一种对摄像机采用基于平面棋盘格和立体标定模板相结合的摄像机标定新方法;采用Roberts梯度算子对图像分割的方法,识别标记点中心并计算其三维坐标;通过比较基于双目视觉计算和三维坐标测量仪器测量的各个标记点三维坐标的摆位误差,实现放疗过程中位置验证和精确摆位。实验结果表明:摄像机的标定精度为36.5×10-3 mm和各个标记点的三维坐标平均偏差为δX=0.573mm、δY=0.495mm、δZ=0.430mm,测量方法可获得较高的标定精度和摆位精度,能满足精确放疗对高精度摆位系统的临床需求。     

指数复合型低频压电雾化喷头的设计

设计一种频率为40 kHz的指数复合型低频压电雾化喷头,建立有限元模型,通过喷头模型的模态分析和谐响应分析来测定喷头模型的振动形态、谐振频率和雾化振幅。模态在八阶时喷头为纯拉伸状态,谐振频率为39 550 Hz,在设定电压为26 V时,仿真得到雾化振幅为3.9μm。采用德国Polytec高性能单点式激光测振仪测得喷头样机的振动幅值为3.94～4.32μm,误差小于10%,符合设计的要求。采用马尔文Spraytec型激光粒度仪对样机雾滴均匀性进行测量,当驱动电压为26 V时,喷头雾化产生的雾滴直径为SymbolFC@(30～95)μm,占比超过85%,结果表明,该喷头雾化液滴分布较均匀。     

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.     

同轴电纺制备纳米纤维影响因素的研究进展

同轴静电纺丝技术制备的核-壳复合结构纳米纤维已取得了显著成果,在众多领域都具有较大的应用价值。通过对传统静电纺丝和同轴静电纺丝进行比较,分析了同轴静电纺丝的特点,并指出复合泰勒锥体和喷射流的稳定性直接影响着复合纳米纤维的形貌。重点讨论了纺丝过程中诸如黏度、浓度、电纺性、溶剂挥发性等溶液参数和流速、电压等工艺参数对核-壳结构纳米纤维形貌的影响作用,并探讨了流速对纤维成丝性的影响。最后归纳了核-壳结构纳米纤维在能源、组织工程、传感器等领域的优势和潜在应用。     

基于迟滞模型压电陶瓷跟踪控制方法

压电陶瓷存在迟滞现象,开环定位精度受到严重影响.本文提出一个能够精确描述迟滞现象的数学模型,通过实验发现压电陶瓷迟滞曲线由转换电压决定.提出基于这个迟滞模型的开环逆控制方法,压电陶瓷迟滞减少至1%以内,控制性能显著提高.     

面向卵细胞自动化拆蛋的液滴制备系统

研制了一套面向卵细胞自动化拆蛋的液滴制备系统,可以实现液滴的精确制备和盖油操作。该系统主要包括液滴制备和盖油模块、运动控制模块、液滴质量测定模块。基于该系统新型接触式液滴制备方法的机理分析,根据设计的图案制备出不同体积和位置的液滴,并对结果进行分析。结果表明,液滴体积重复精度5%,液滴定位重复精度≤2%,液滴高径比平均值在0.82~0.98之间、重复精度在5.2%~7.3%之间。     

A control model for hysteresis based on microscopic polarization mechanisms in piezoelectric actuator

Aiming at the limitation of control accuracy caused by hysteresis and creep for a piezoelectric actuator, the hysteresis phenomenon is explained based on the microscopic polarization mechanism and domain wall theory. Then a control model based on polarization is established, which can reduce the hysteresis and creep remarkablely. The experimental results show that the polarization control method is with more linearity and less hysteresis compared with the voltage control method.     

基于压电陶瓷迟滞非线性的建模方法

压电陶瓷因其具有的响应速度快,精度高等优点被广泛应用于微操作、微纳米定位等系统中,但是由于它具有迟滞特性对其应用的影响,针对压电陶瓷的迟滞特性提出了一种简单的数学建模方法,该模型建模简单,运算量比PI迟滞算子大大减小,拟合方法曲线较平滑,克服了PI迟滞算子拟合出现的毛刺问题,且拟合精度较高,拟合误差在1%左右,采用椭圆极坐标方式对迟滞特性进行建模.并通过实验验证了该建模方法的可行性和精确性.