胶囊机器人主动运动机构的研究进展

重点阐述了肠道胶囊机器人机构中的活检机构、行进与锚定机构及给药机构等方面国内外科研人员的研究思路及方法,并将相关作动机构分为电磁电机-机械传动机构、磁致动器-机械传动机构和智能材料致动器三类,对每一类致动器的优缺点进行了总结。随着肠道胶囊机器人微型化、多功能化、智能化的总体发展趋势,其尺寸越来越小,同时在多功能化和智能化上取得了长足发展,实现了胶囊机器人的自动姿态调整,使其可以实现主动爬行、活检和定点施药的功能等。对于这些功能的实现,不同的致动器提供了不同的可能,如何规避这些致动器的缺点并将其优点发挥出来成为肠道胶囊机器人机构设计和优化的关键。     

多自由度病理组织取样柔性机器人研究

为简化在介入式医疗术后病理组织取样、活检中的复杂操作,设计了一种新型的取样机器人机构。通过对术后病理组织取样分析,明确设计要求并确定了机器人机构构型。对机构进行数学建模,推导出取样机器人弯曲度和控制量之间的关系,并采用XNA技术模拟出柔性取样机器人所在环境,搭建了取样机器人的控制系统。在所设计柔性机器人平台上进行取样实验,结果表明该机器人可以快速、准确地实现病理组织取样。     

基于视觉引导的采样系统设计

对视觉引导机器人采样进行了研究，利用SSD目标检测算法实现了图像中采样区域的检测，然后通过随机函数设计了一种采样区域内采样点的分布规则，并基于激光定位灯建立了一种视觉定位模型，实现了从图像坐标系到采样机器人基础坐标系的转换，通过TCP的方式实现了工控机与PLC的通讯，进而控制采样机器人进行采样。实验结果表明：该视觉引导采样系统可引导采样机器人在采样区域完成采样工作，视觉引导的最大绝对误差小于10mm，满足质检部门的采样要求。     

五轴联动装配机器人装配路径分析

利用机器人进行装配时,复杂装配过程需对装配件进行多维度调整。提出了一种五轴联动装配机构,可对装配件空间三维调整及2个旋转维度调整,通过对装配体空间点的轨迹计算,可利用PLC控制系统对机器人进行精确位置控制,实现非规则体的精准装配。通过五轴机构的联合控制,可实现待装配体空间三自由度平移控制、绕轴旋转运动、空间锥面运动,运动控制精度高,稳定性好,可有效解决轴孔类装配困难问题。     

一类新型全解耦三平移并联机器人机构的构型设计

基于单开链结构原理和拓扑结构控制解耦准则,提出了一类新型三平移并联机器人机构,该机构能够实现拓扑控制完全解耦,从而显著简化其控制问题.另外,对该机构进行了必要的结构分析和位置分析,为该类新型机器人机构的推广应用了奠定基础.     

一种新型巡检机器人的结构设计与运动学分析

研究了一种新型高压输电线巡检机器人,简单介绍了机器人的机械结构。机器人的运动学模型对于实现机器人运动控制各关节的位置和变化至关重要。为了对机器人进行运动规划与控制,利用D-H分析法对机器人进行了运动学建模与分析,推倒出末端机构相对于基坐标的转换矩阵,由此获得机器人的姿态和末端操作器的位置,即实现了机器人的既定运动,为使机器人实现复杂的操作提供了准备。     

冗余双臂机器人实时协调避碰方法研究

对冗余双臂机器人的实时协调避碰规划进行了分析,提出了一种利用杆间最短距离作为避碰距离指标的避碰方法,利用胶囊体包围壳对机器人进行简化建模,然后计算机器人连杆间的最小距离,另外,为了减小障碍物对机器人动作的影响及降低机器人控制运算量,引入了一个权值函数以实现机器人手臂避碰算法的动态规划,通过调整避障运动幅度,提高机器人的避碰效率,在此基础上确立了一种改进的距离函数法。最后通过仿真验证了改进后的距离函数法的有效性及可靠性。     

一种高性能花瓣廓形胶囊机器人

为提高肠道内综合驱动性能,提出一种新型花瓣状结构胶囊机器人,机器人表面四块偏心花瓣廓形与管壁形成四个收敛楔形空间,使流体运动路径发生改变并产生多楔形效应。根据库埃特流动理论,借助牛顿内摩擦定律建立花瓣型胶囊机器人流体动力学模型,在求得机器人稳态游动速度、流体动压力和液体扭转力矩解析解的基础上,对花瓣型胶囊机器人综合性能进行研究。理论与试验证明花瓣型胶囊机器人表面流体动压与稳态游动速度更大,流体扭转力矩更小。花瓣型胶囊机器人的综合性好,实现机器人在管道内全悬浮式非接触游动,诊断遍历时间更短,对肠道的扭曲作用更小,安全性更高,在胃肠道诊断领域实用前景良好。     

双半球胶囊机器人滑滚驱动机理

为实现双半球胶囊机器人的精准移位,胶囊必须具有慢速移位控制功能。然而,低转速的双半球胶囊慢速运动时,容易受到胃肠凸凹表面的干扰,胶囊姿态稳定性差,精准移位控制困难。为此,提出流体环境内胶囊滑滚驱动控制策略,即通过流体环境内胶囊的高速空转解决姿态稳定控制问题,并利用滑滚运动实现胶囊慢速精确移位。以低雷诺数流体理论和弹流润滑理论为基础,计算双半球胶囊在胃壁表面滑滚运动的流体力和力矩,建立滑滚驱动动力学模型,对胶囊滑滚速度特性进行分析。仿真及实验表明：低雷诺数流体环境下利用滑滚驱动策略实现双半球胶囊慢速稳定移位功能切实可行,滑滚速度可通过改变控制参数实现精确控制,显著提高了胶囊移位精度。研究为借助流体环境改善胶囊的动态性能提供了理论依据。     

基于足端轨迹规划算法的液压四足机器人步态控制策略

设计一种液压四足机器人仿生机构,通过设定相应的坐标系为机器人进行运动学建模,并对行走过程中单腿的相位关系进行了分析。针对行走过程中足端的拖地、滑动和接触冲击等问题,提出一种零冲击的足端轨迹规划改进算法,并实现了步态规划算法设计。步态规划根据步态中各腿间的相位关系,借助四足机器人运动学模型进行逆运动学解算,求出各腿的关节角度函数,利用机构的几何关系得到各液压缸伸缩量控制函数,对试验样机各腿进行伺服驱动控制,从而实现液压四足机器人的步态规划行走。仿真试验结果表明,在该策略驱动控制下液压四足机器人行走过程连续平稳,样机足端轨迹较为平滑,躯干起伏较小,证明了该足端轨迹规划方法用于四足机器人步态设计的合理性和有效性。