旋量理论和消元法在类达芬奇手术机器人逆运动学求解中的应用

由于达芬奇手术机器人构型特殊,不满足逆运动学解析解的存在条件,传统的运动学建模方法无法求出机器人逆运动学解析解.针对一种类达芬奇手术机器人构型,提出了一种结合旋量理论和消元法相结合的全新运动学建模方法,运用该方法成功求解出类达芬奇手术机器人的逆运动学解析解,解决了类达芬奇手术机器人精确解析解的求解问题.并通过MATLAB/Simulink仿真验证了该方法的正确性,从而丰富了机器人运动学建模和逆运动学解析解的求解理论,为类达芬奇手术机器人提供了一种快速通用的精确解析解求解方法.     

一种脑外科手术机器人运动学参数标定方法

为提高脑外科手术机器人绝对定位精度,提出了一种串联式六自由度手术机器人运动学参数标定方法。根据脑外科手术机器人应用环境,采用一种针对手术工作空间的机器人参数采集方式,通过非支配排序的带有精英策略的多目标优化算法(NSGA-Ⅱ),将运动学模型标定问题转换为基于距离误差的多目标优化问题进行计算。通过模拟手术环境完成机器人参数标定的测试实验,说明利用这种标定方法可有效降低手术机器人系统绝对定位误差(误差降低了75%),提高机器人局部工作区域的定位精度。     

颅颌面肿瘤放射性粒子植入手术机器人设计与实现

放射性粒子植入治疗术是目前治疗颅颌面肿瘤的一种有效手段,但存在手动植入精度低、手术时间长、医生遭受辐射等问题。为此结合手术特点和需求,设计了一种新型的颅颌面肿瘤粒子植入手术机器人,以实现机器人自动植入粒子辅助治疗颅颌面肿瘤的目的。本文设计了颅颌面肿瘤粒子植入手术机器人系统,完成了机器人本体和粒子植入装置的机构设计,建立了运动学方程并给出了机器人到达目标点的各关节运动学解。最后,设计了机器人连续自动植入粒子手术模式下的控制系统,完成了基于标记点的空间配准,实现了机器人自动植入粒子。实验表明,该机器人定位精度高,可安全有效的自动植入粒子,满足颅颌面肿瘤手术要求。     

腹腔微创手术机器人主从实时控制算法

根据D-H法对腹腔微创手术机器人进行了运动学分析.针对基于运动学反变换法的机器人运动模型,存在超越函数和存在多解,影响主从响应速度的问题.基于微分的思想,将微小时间内位移代替瞬间速度,提出适合手术机器人的主从实时控制算法.通过增加反馈环节消除这种算法的累积误差,提高系统的运动精度.     

腰椎爆裂骨折手术机器人末端器械设计

设计了一种用于爆裂腰椎重建的微创手术机器人末端器械。与传统手术器械相比,该机器人系统的末端手术器械具有更多的自由度,它采用丝传动方式,大大提高了器械的灵活性。根据手术实际需要,对末端手术器械各关节进行了受力分析和电机选型。基于D-H参数法,对手术器械进行了正运动学分析和逆运动学分析,并用Matlab仿真软件验证了运动学建模的合理性并绘制了执行器的末端轨迹图,结果证明该自动化器械可以满足此类微创手术需求。     

介入机器人运动学及轨迹规划研究

针对介入机器人运动学和轨迹规划问题,基于D-H坐标系理论建立了血管介入主端机器人的运动学方程,并对该方程进行了求解;其次,在关节空间内采用五次多项式插值方法,结合介入机器人运动参数对关节轨迹进行了插值计算,实现了对血管介入机器人关节空间的PTP轨迹规划;最后,利用Matlab机器人工具箱建立了该机器人的三维仿真模型,并且对机器人运动学、轨迹规划进行了仿真验证。研究结果表明:该机器人连杆参数设计合理,活动空间适应手术要求,运动学方程准确可靠,在关节空间内利用五次多项式进行轨迹规划保证了机器人运动连续平滑。目前该技术已应用于血管介入手术临床试验中。     

微创条件约束下内窥镜操作机器人运动学

研究基于微创条件约束下具有被动式手腕结构机器人运动学,不但可使医生获取同开放式手术中相同的笛卡尔控制方式,而且为机器人系统控制算法研究及轨迹规划奠定了基础.以自行研制的内窥镜操作机器人为例,结合微创手术特殊的应用环境,对机器人运动学进行研究.考虑人体切口处隔肌厚度和病人呼吸等因素对内窥镜插入点位置的影响,给出内窥镜插入点的确定方法.采用几何及矢量代数方法给出机器人位置正逆运动学解析解公式,采用矢量积法求解机器人速度正运动学,基于微创条件约束给出机器人速度逆运动学.为了验证机器人运动学求解的有效性,对内窥镜插入运动及内窥镜绕插入点旋转运动两种典型运动进行试验,应用试验数据对算法进行分析验证,结果显示了运动学算法的有效性.     

神经网络在机器人运动控制中的应用研究

运动控制是人工神经网络应用于机器人控制的重要内容。本文就人工神经网络用于机器人运动学正解问题进行研究 ,通过建立机器人运动学神经网络模型 ,给出了相应的 BP算法 ,并对 2 R、3 R和 6R机器人运动学正解进行了系统的计算机仿真 ,并结合实际任务 ,在 6R焊接机器人上进行了实验验证     

工业机器人机械系统运动学及运动控制

论文在介绍了机器人的基本原理和驱动系统后,重点研究了机器人机械系统运动学及运动控制。通过实例建立工业机器人运动学方程。对提升工业机器人运动控制有着积极的意义。     

支撑喉镜下喉部手术机器人运动学模型与控制系统设计

首先简要介绍了机器人的机构原理,并进行了机器人从操作手在手术过程中的运动学分析,包括从手末端工具进出喉镜的直线运动分析和工具在喉镜下进行手术的运动学分析;其次,分别建立了主操作手与从操作手的运动学模型,提出了工具在支撑喉镜下运动的主从对应运动学模型;最后设计完成了机器人控制系统,并进行了动物实验研究.     

基于旋量理论的RRRP机器人正运动学分析研究

对机器人正运动学的分析研究是实现控制和轨迹规划的基础。介绍了旋量理论,基于李群李代数和旋量理论建立了RRRP机器人的运动学模型;根据指数积公式进行了机器人运动学正解分析并建立了运动学方程,对比D-H参数法具有更为明确的几何意义和简洁性;利用ADAMS软件进行了运动学仿真,直观的显示了机器人的运动规律,且运动学正解方程得到的结果与仿真数据之间的误差不超过0.05。结果表明:由旋量理论和指数积公式建立的机器人运动学方程的正确性,以及旋量理论应用于类似刚体系统运动学分析的可行性。     

基于计算机辅助几何法的多足步行机器人运动学分析系统

提出了基于计算机辅助几何法的多足步行机器人运动学分析方法。基于多足步行机器人内部的结构约束关系,建立了典型结构机器人的SolidWorks模型,利用VB驱动对SolidWorks进行二次开发,建立了一个能够自动求解多足步行机器人爬行步态的正运动学求解系统。该系统操作简单,适用于所有爬行类多足步行机器人。     

机器人仿真系统运动学逆解算

对目前应用的机器人运动学方程进行分析研究 ,揭示了采用传统运动学建模方法建立的运动学方程中存在的问题 ,并提出了改进措施。结合遥操作机器人仿真系统进行计算机仿真 ,结果表明了改进措施的正确性     

基于虚拟现实的MOTOMAN-HP3型机器人运动学仿真

根据首钢莫托曼MOTOMAN-HP3型机器人的特点,设计了基于客户端/服务器端的分布式网络控制结构和D-H坐标下的运动学求解方程,采用Solidworks-VRML方法建立虚拟模型,结合机器人运动学和虚拟现实工具箱,构建了基于虚拟现实的MOTOMAN-HP3型机器人运动学仿真系统,实现了机器人的远程控制。     

胸腹部微创手术机器人设计和运动精度分析

为提高胸腹部微创放疗手术的精度,提出一种新型的CT引导的7自由度穿刺机器人系统。根据临床需求,采用丝传动方式解决了空间限制和CT引导下的驱动兼容性问题,进而设计了一种全新的机器人构型;通过运动学分析,得到了穿刺针工作空间形状,根据空间尺寸要求优化了机器人结构参数;基于拉格朗日方程建立机器人系统动力学模型,得到了调姿过程中各关节力/力矩与关节运动参数的关系。最终,通过定位误差修正实验,提高了机器人定位精度,并在此基础上完成了机器人穿刺精度实验,穿刺平均误差为1.09 mm,证明了机器人系统满足手术精度要求。     

工业机器人D-H建模与运动仿真

数字化制造系统越来越多地集成了工业机器人,应用D-H方法对某型号六轴串联式工业机器人进行运动学建模,推导了相邻连杆和末端齐次变换矩阵,应用matlab对机器人进行仿真建模,验证了机器人运动学模型的正确性。     

基于教学实验机器人本体的运动学分析与动力学建模

设计一个6自由度通用操作臂机器人系统,其中关键技术之一就是对相应的机器人本体的运动学进行分析,并建立相应的动力学模型。本文以我校自主研发的教学机器人为参考,详细地描述了关节型机器人的运动学和动力学模型的建立,这对开发该类型机器人系统将有重要的参考价值。     

饰品研磨机器人系统的研究

将工业机器人应用到小型产品的精加工中,提出了基于工业机器人的饰品自动化研磨系统的方案.通过系统的搭建,就其中机器人作业标定和运动学分析方法的问题进行研究,提出了特定标定方法和位置姿态分离控制运动学方法.     

机器人仿真系统运动学逆解算方法分析

对目前应用的机器人运动学方程进行分析研究，对采用传统运动学建模方法建立的运动学方程中存在的问题，提出了改进措施。结合遥操作机器人仿真系统进行计算机仿真，结果表明了改进措施的正确性。     

多关节机器人运动学和动力学分析

设计6自由度通用操作臂机器人系统的关键技术之一就是对相应的机器人本体的运动学进行分析。并建立相应的动力学模型。文中以北方工业大学自主研发的教学机器人为例．详细描述了关节型机器人的运动学和动力学模型的建立，这对开发该类型机器人系统将有重要的参考价值。