机器人机构精度研究的进展

本文就近年来机器人机构误差分析和精度综合等方面的文献资料进行了综合评述.特别是对机器人位置精度分析的基准位置、机器人机构的静态误差分析、动态误差分析、机器人手部位置误差的合成及补偿、位置精度综合及位置精度测试等方面的进展情况讨论得尤为详细.通过本文可对国内外机器人机构精度的研究现状有一概貌的了解.     

机械结构与系统精度通用计算法及其应用——机器人机构误差分析与计算

本文详细论述了机械结构与系统精度的通用计算法,并以 PUMA 型机器人机构和圆柱型空间缩放机构为例,进行了误差分析,建立了相应的误差数模,证明了用精度通用计算法分析机器人机构误差是简单而适用的。     

机器人机构的精度优化设计

本文应用最优化技术,确定能满足机器人绝对精度要求的,并使制造成本最低的连杆参数的最优公差值.建立了机器人机构精度优化设计的数模,并针对一个带闭链的五自由度机器人,在不同精度指标,不同概率水平以及不同原始误差分布下,进行了连杆参数公差的优化计算。     

3-RRR并联机器人的精度分析与仿真

目前有关并联机器人精度方面的研究工作还比较薄弱,为采取有效措施提高并联机构的精度,通过对3-RRR并联机器人机构的分析,针对传统D-H参数法的局限性,采用微分理论,建立了该并联机器人机构的精度模型,通过计算机仿真,针对单条支链多个结构参数误差,比较全面的分析了结构参数对输出位姿误差以及位姿变化对机器人机构精度的影响。分析结果为：机构中所有结构误差随着X轴正向增大而单调增大;运动支链在关节转角处的误差单调上升的比其他结构快。为该机器人机构实际误差补偿与控制提供了理论依据。     

微创外科机器人导航系统空间映射精度分析与仿真

论文分析了微创外科机器人导航系统空间映射误差的主要来源,定义了空 间映射中的四种误差类型。并对每种误差都做了详细的介绍,同时也简要介绍了其他误差源。 通过仿真分析标记点定位误差即基准点定位误差对基于仿射坐标系的空间映射精度的影响, 得出基准点定位误差与靶点映射误差成正比,基准点在两个空间的定位误差变化范围的差距 较小时靶点映射误差较小的结论;通过仿真分析标记点的分布方式对基于仿射坐标系的空间 映射精度的影响,得出对空间映射精度影响较大的两种标记点分布方式：共面分布和不能将 靶点包围在其分布范围内的标记点分布。共面分布会导致利用仿射坐标系求解映射矩阵时发 生畸变,导致映射误差发生突变;靶点在标记点包围区域外时,与靶点在标记点包围区域内 时的空间映射相比也会产生很大的靶点映射误差。     

微创血管介入手术机器人控制系统与零位定位装置设计

为实现微创血管介入手术机器人对手术工具的精确定位和稳定把持,设计了其控制系统及相应零位定位装置.首先介绍了机器人系统组成和基于PMAC(可编程多轴控制器)的上下位机控制系统构架.同时,设计了5次插值运动规划算法和关节运动的三环PID控制算法,提高了机器人响应速度和稳定性.为了确定机器人运动初始位置,提出了以霍尔传感器为基础,结合电机运动信号的零位找寻方法和装置.实验结果表明,该零位定位装置定位稳定且准确.     

微创血管介入手术机器人的主从交互控制方法与实现

微创血管介入手术是治疗冠心病的重要治疗手段, 手术中要求对导管、导丝等介入器械高精度递送.得益于机器人技术的高精度、可远程操作等特点, 血管介入手术机器人的研制受到了极大关注.在微创血管介入手术中, 按导管或导丝远端所处血管部位, 将介入器械递送过程分为三个阶段: 1) 主动脉阶段:导丝或导管远端位于主动脉, 需快速前送, 以减少X射线和造影剂的使用; 2) 冠脉入口阶段:导丝或导管远端进入冠脉, 此时需选择相应的病变冠脉分支; 3) 冠脉病变阶段:导丝或导管远端位于狭窄病变部位, 需要高精度操作才能使导丝或导管穿过狭窄病变.针对器械递送的不同阶段, 提出具有运动缩放的主从控制方法, 通过改变血管介入手术机器人主端和从端之间的运动缩放关系, 实现机器人从端对主端操作的放大、缩小或等比例复现.通过在微创血管介入手术机器人平台实验, 验证了机器人从端对主端操作缩放的可行性和有效性.通过操作时间和操作精度对比分析得到:在缩放因子为4时操作时间减少39.9%;在缩放因子为1/4时, 平移和旋转操作精度分别提高72.9%和77.1%.     

距离误差模型在机器人精度研究中的应用

从所周知，空间任意两点在不同正交坐标下的坐标是不同的，但其距离却是相同的利用这个特点可以构造机器人的距离误差模型，研究表明，距离误差模型对于研究机器人的位置精度具有事半功倍的效果，本文论证一般机器人距离精度与位置精度间的单值对应关系，并给出了机器人距离误差模型在ＰＵＭＡ５６０机位置误差补偿中的应用情况。     

机器人砂带磨削系统作业精度分析与误差补偿

为了更好地反映及提高工业机器人砂带磨削系统的整体性能,通过分析机器人应用系统的特点,详细 描述了工业机器人应用系统“作业精度”的含义及衡量标准．在此基础上,推导了机器人砂带磨削系统作业精度模 型,设计了机器人砂带磨削系统作业误差测量工具及校准系统,建立了实际的机器人砂带磨削系统．通过实际的机 器人磨削实验验证了方法的有效性．     

CT导航微创外科混联机器人拓扑结构分析

分析了CT导航微创外科手术环境对机器人的特殊要求,提出了一种新型串并混联机器人构型 .详细讨论了机器人的串、并联拓扑结构的设计依据,比较了多种串联微创外科机械臂的结 构类型,明确了串联部分的构型.针对传统并联机构灵活性较小的不足,提出并分析了并联 机构的结构框架,确定了并联部分的结构.基于螺旋理论重点求解了并联机构的位移输出特 征方程及其自由度,同时给出了串联部分的位移输出特征矩阵.通过灵活性仿真,验证了该 机器人可用于CT受限空间的微创外科定位手术.本文对于新型医疗机器人的构型设计提供了 一种理论参考.     

基于STFT的微创手术机器人运动控制系统设计

针对微创手术机器人运动过程受到信号干扰而导致机器入主从臂控制效果差、控制精度较低的问题,提出了基于STFT的微创手术机器人运动控制系统设计;主控制器通过蓝牙的无线传输方式与主机连接,采用I/O口模拟SCI硬件流控方式,实现MCU与蓝牙通信,为系统提供基础数据;设计时钟基准电路的并联振荡模式,方便失控程序重启;根据运动控制器结构,设计预留模数转换接口,并对机器人主从操作臂展开详细分析;使用基于STFT短时傅里叶变换方法抑制外界干扰,在LM629运动控制专用集成芯片支持下设计控制流程,完成基于STFT的微创手术机器人运动控制系统设计;设计对比实验,结果表明该系统与期望主臂运动轨迹的终点坐标(10 mm,-35 mm,45 mm)和从臂运动轨迹的终点坐标(18 mm,-45 mm,25 mm)一致,能够精准控制微创手术机器人运动精度,为医学手术智能化开展提供设备支持.     

基于微创外科手术机器人操作手的夹持灵活度研究

为了反映外科手术机器人六自由度操作手的指尖在夹持点对物体的夹持能力,分析了夹持时指尖的姿态、夹持物的姿态及两者的关系．推导了指尖在夹持点对处于任意姿态的物体进行夹持时所需姿态的解析表达式,并借助姿态球给出了夹持灵活度的定义．研究了本机构工作空间中离散点的夹持灵活度,确定了指尖夹持的灵活空间,并通过SimMechanics进行了仿真验证．     

基于腹腔微创手术机器人的主从控制技术研究

根据机器人辅助腹腔微创手术任务的特点,采用高性能工业计算机为平台,构建以PCI总线方式通讯、功能可扩展的硬件结构,设计手术机器人主从控制系统.针对传统的基于运动学反变换法的主从控制存在超越函数和存在多解而影响主从响应速度的问题,基于等效微分变换法,提出适合于术机器人的实时主从摔制算法.设计了适合手术机器人实时主从控制的...     

腹腔微创手术机器人末端执行机构的设计和实现

为了提高腹腔微创手术的安全性,设计了一种新型的腹腔微创手术机器人末端执行机构,用于夹持手术器械．根据腹腔微创手术的特点和技术要求,采用轴驱动和平行四杆的运动原理设计定点机构．详细介绍了末端执行机构的机械结构,应用D-H法和矢量代数法给出了各个关节的运动学解公式,研究了控制系统的硬件结构和软件系统,并进行了样机实验．实验表明所设计的末端执行机构具有很好的定点运动效果,能够较好地完成手术规划,满足腹腔微创手术要求．     

基于准确度评估的7自由度手术机器人术前摆位优化算法

针对微创机器人辅助的外科手术复杂的术前摆位问题,以甲状腺微创手术用到的床旁双7自由度协作机器人为研究对象,将机械臂的运动准确度以及运动学性能作为优化目标,提出了机械臂准确度评估指标以及其对应的干涉指数,并提出了一套基于带精英策略的非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）多目标遗传算法的术前规划方法。最后,将由该遗传算法优化得...     

CT导航微创外科机器人关节液压锁紧结构研究

分析了目前微创外科机器人关节锁紧机构的发展现状和存在的问题,讨论了机器人关节摩擦力 矩产生的机理以及影响摩擦力矩的因素．针对当前医疗机器人锁紧结构不足之处,基于关节摩擦理论,提出 并设计了三种不同形式的CT 导航微创外科机器人关节锁紧结构,分别阐述了它们的工作原理和实现形式．通 过对不同结构的性能对比实验,确定采用基于外摩擦环的机器人关节锁紧结构,并初步验证基于该结构的机 器人系统可以满足CT 导航微创外科临床手术需求．