用于显微手术操作的机器人系统的体系结构分析

分析了两种主要的显微手术特性．然后,针对显微手术操作对机器人的需求,对用于显微手术操作的机器人系统的结构组成、工作方式和控制系统设计作了分析．通过分析一些研究实例,总结出设计显微手术机器人的规律性结果．     

眼科显微手术机器人研究现状

近年来，眼外科显微手术机器人受到国内外研究者的关注。本文针对角膜移植手术的过程和特点，重点介绍了角膜移植显微手术机器人的研究状况。对于相关的研究工作，在内容和方法上具有一定的指导意义。     

视网膜血管搭桥手术机器人系统的研究

针对医生人工操作的生理学颤抖造成视网膜血管搭桥手术成功率低的问题,提出了用于辅助医生进行手术操作的机器人系统.在借鉴眼科显微手术机器人系统研究经验的基础上,基于视网膜血管搭桥手术的过程和特点,提出了合理的机器人系统整体设计方案,介绍了机器人的关键机构设计.对临床应用进行了初步探讨,确定了视网膜血管搭桥手术机器人系统的人机协同操作手术流程,提出了手术环境布置方案.最后,在开发研制原理样机的基础上列出了机器人性能指标,对视网膜表面平行运动进行了轨迹规划和仿真,在乒乓球模型上进行了可行性分析实验,并提出了安全保障措施.实验表明,系统设计满足要求,可以初步完成手术动作.     

显微手术机器人系统中软件系统的设计与实现

辅助显微手术机器人（RAMS）的软件系统运行于PC及DSP,作为重要子系统,是RAMS精确、稳定运行的关键。介绍了机器人的计算机与电子控制系统之体系结构,阐述了软件系统的设计,给出HPI引导加载功能的实现,讨论了主从和PC控制的工作模式下多轴运动控制DSP软件的实现细节。最后通过重复定位精度和动物显微手术实验,验证了RAMS软件系统的性能满足显微手术的要求。     

世界首台外科手术机器人在加问世“神经臂”可望为显微手术带来突破

加拿大卡尔加利大学不久前宣布，由该校研究人员和专门进行航天飞机机械手生产的MDA公司共同合作，研制出名为“神经臂”的外科手术机器人系统。有关专家认为，该系统将为外科手术带来变革，从而使显微手术产生革命性的突破。     

国际微创手术机器人的现状和发展趋势

1引言外科手术机器人是集成医学、机器人学、材料学、机械工程以及计算机和信息技术等诸多学科的复杂机器人系统。该先进技术的应用,给传统手术技术带来重大的变革和影响。自1985年Kwoh等[1]采用PUMA500工业机器人作为辅助定位装置完成首例脑部手术     

微操作机器人显微视觉系统的研究

本文深入研究了基于生物工程领域显微视觉系统的设计方法．给出了微操作物体平面坐标及微机器人手端位姿的求取方法；提出了基于载物台平动测量微操作物体的高度及微机器人做三维空间已知运动标定出微机器人手端在摄像机坐标系的坐标，进而确定微机器人手端与微操作物体之间位置关系的单目视觉方案．采用两步法对显微视觉系统进行了标定．实验证明该系统运行可靠，达到显微操作的要求．     

虚拟显微白内障手术系统人机交互接口设计

基于虚拟现实技术的显微白内障手术仿真训练系统对显微环境下眼科手术操作培 训具有重要的意义。为此,设计并搭建了一套具有高度沉浸感的虚拟显微白内障手术训练系统 的软硬件环境。硬件部分系统以 HTC Vive,Geomagic Touch X 为硬件基础,设计手术器械转换 接口以搭建高保真手术操作环境;软件部分采用基于位置动力学方法(position-based dynamics) 模拟手术过程中眼角膜软组织的变形、穿刺及缝合操作,并采用 GPU 并行计算对手术仿真过程 进行加速。最后,实验结果表明该系统可以实现自然的显微眼科手术人机交互环境,使年轻医 师获得高沉浸感的真实手术训练体验,从而达到一定的培训效果。     

微操作机器人显微视觉系统研究

分析了显微视觉系统的基本原理和组成，给出了其在微操作领域的应用现状，提出了显微视觉系统亟待解决的一些关键问题，并对这些关键问题的解决方案进行了探讨。提出并设计了一种面向亚毫米级微零件装配的基于正交方式实现的立体显微视觉方案，形成对三维微装配空间的立体监视，系统的精度为2．5μm，满足了微装配要求。     

受限机器人运动的自适应控制

本文基于[4]中对受限机器人运动方程的变换,给出了一种自适应控制方案,使得在系统某些参数未知的情况下,机器人末端操纵器的位置运动及其与刚性、无摩擦的工作环境之间的接触力渐近趋于期望值,本文中的仿真例子验证了给出的自适应控制方案的有效性。     

机器人运动规划方法的研究

针对路径规划以及碰撞检测这一研究的重点问题,提出了G-空间法、人工势力场法、遗传算法等。序列规划问题一般转化为旅行商问题来求解。在综合现有序列规划和路径规划方法的基础上,提出两种机器人运动规划算法：基于任意路径的运动规划算法和基于直线路径的运动规划算法,思路简单,能对各种机器人工程任务进行运动规划。     

可重构机器人越障运动的规划

提出一种新型的可重构机器人,该机器人在受一个驱动力矩的作用时,在不同约束下表现的输出形式不同. 利用机构这一特点,实现了机器人移动中的自主越障运动．主要针对机器人越障运动中越障高度受导轮和手臂影响的问题,提出一种借助环境同时改变手臂姿态的越障规划方法,有效地提高了越障的高度．通过试验样机验证了规划方法的有效性．     

自由飞行空间机器人系统的协调运动控制

考虑由载体和机械臂组成的空间机器人系统的协调控制问题,提出了一种新的协调控制策略.该策略首先利用简单的变结构控制器粗略控制载体的运动,进而设计机械臂控制器以保证手端精确跟踪其期望的运动轨迹.应用该策略分别对手端自由运动和受限运动设计了相应的控制器,并对两杆平面空间机器人系统进行了仿真,证实了控制策略的有效性.     

基于运动预测和阻抗控制的未知受限机构操作

针对服务机械臂操作各种未知受限运动机构的需要,提出了一种基于运动预测和阻抗控制的控制方法,本方法采用试探一预测一修正的滚动操作策略,通过阻抗控制保证机械臂与未知受限机构交互的柔性.首先试探受限机构的运动能力,根据已有操作臂运动轨迹估计受限机构的运动模型,然后预测受限机构的运动方向,进而修正机械臂的运动轨迹,并根据交互作...     

基于ADAMS的弧焊机器人运动仿真

机器人三维运动仿真是当前机器人研究领域中重要的研究方向之一。采用CAD软件Pro/E和机械系统动力学仿真软件ADAMS,对德国CLOOS公司生产的76AW型弧焊机器人建立了三维运动仿真模型。采用Denavit-Hartenberg方法建立了连杆坐标系下的机器人运动学模型,并采用Matlab编写了运动学正、逆解的程序。详细阐述了模型的建立方法及具体过程,实现了在ADAMS环境下的机器人焊缝路径的运动仿真。为机器人动力学及离线编程技术的研究提供了基础。     

A Fast Approach for Robot Motion Planning

This paper describes a new approach to robot motion planning that combines the end-point motion planning with joint trajectory planning for collision avoidance of the links. Local and global methods are proposed for end-point motion planning. The joint trajectory planning is achieved through a pseudoinverse kinematic formulation of the problem. This approach enables collision avoidance of the links by a fast null-space vector computation. The power of the proposed planner derives from: its speed; the good properties of the potential function for end-point motion planning; and from the simultaneous avoidance of the links collision, kinematic singularities, and local minima of the potential function. The planner is not defined over computationally expensive configuration space and can be applied for real-time applications. The planner shows to be faster than many previous planners and can be applied to robots with many degrees of freedom. The effectiveness of the proposed local and global planning methods as well as the general robot motion planning approach have been experimented using the computer-simulated robots. Some of the simulation results are included in this paper.     

Simulation of Motion of Constrained Multibody Systems Based on Projection Operator

This paper presents an efficient dynamic formulation for solvingDifferential Algebraic Equations (DAE) by using the notion of orthogonalprojection. Firstly, the constraint equations are expressed explicitlyat acceleration level by using the notion of the orthogonal projection.Secondly, the Lagrangian multiplier is eliminated from the dynamicsequation by the projection operator. Then, the resultant equations areconsolidated into one equation which explicitly correlates theacceleration to the generalized force through a so-called constraint mass matrix. It is proved that the constraint mass matrix isalways invertible and hence the acceleration can be computed in aclosed-form manner even with the presence of redundant constraints or asingular configuration. The equation of motion is given explicitly in arelatively compact form, which can lead to computational efficiency. Italso has a useful physical interpretation, as the component of thegeneralized force contributing to motion dynamics is readily derivedform the formulation. Finally, results obtained from numericalsimulation of motion of a five-bar mechanism is documented.     

Real-Time Motion Planning for a Volleyball Robot Task Based on a Multi-Agent Technique

This paper takes the volleyball robot task as an example of a dynamic manipulation task and presents a multi-agent-based motion-planning framework for it. Each subtask in the motion planning is defined as an agent. The motion planning is accomplished by the solution of each agent activated by a blackboard. It is convenient to extend the module and enable real-time control compared to the hierarchy and subsumption architecture. In the solution of each subtask, one difference from the motion planning of other ball-playing robots is that simple fuzzy rules are adopted to determine the hitting position, which leads to smaller hitting velocities beneficial for task control. The other difference is that the task-based directional manipulability measure (TDMM) is used to optimize the robot configuration on the basis of optimal hitting path, so as to improve the manipulating ability on task direction. The simulation of a planar three-link manipulator ball-hitting task is implemented by the MATLAB/Simulink tool. The virtual target of the hitting motion is validated on the ABB manipulator by the ball-catching experiment.     

协作机器人及其运动规划方法研究综述

协作机器人是一种新型工业机器人,利用物联网感知等新兴技术进行智能人机交互,实现与人类近距离协同工作以提高生产效率.因此,协作机器人近年来备受关注,成为了机器人领域最热门的研究方向之一.介绍了协作机器人的基本情况,包括主要产品、机器人本体设计以及应用案例;介绍了常见的人机协作方法,重点围绕人机协作中的高效、简单、安全三个...