一种新型仿生介入微机器人的研究

基于腹足动物运动机理,介绍了一种新型动脉内仿生介入微机器人.该机器人前、后两个舱体在同一时刻所受环境管壁的摩擦力有很大差异,随着直线步进电机的伸张与收缩实现机体的前进与后退.用ADAMS对机器人运动进行仿真,证明该机器人驱动机理是可行性的,实验分析了该机器人运行速度和直线步进电机伸缩速度之间的关系.     

螺旋式单链介入微机器人的研究

在对基于螺旋密封原理的双链介入机器人驱动原理进行分析研究的基础上,提出了单链介入机器人设计方案,构建了螺旋式单链介入机器人性能分析数学模型。分别制作了直径为5mm的螺旋式双链介入机器人及单链介入机器人的实验样机,并对机器人在离体肠道中的平均运行速度进行了比较,研究结果表明,螺旋式单链介入机器人能获得与双链结构机器人类似的运动性能。单链介入机器人在脉动流场中的运行实验表明,单链介入机器人能在流体冲击下进行顺流运动和逆流运动。     

磁流变液技术在惯性开关中的应用研究

将磁流变液技术应用到惯性开关的设计研发中,利用磁流变液粘度和剪切屈服强度的可控性,将磁流变液的工作区域限定在一个特定长方体区域内。磁流变液惯性开关是一个活塞结构,活塞动子为开关的动电极,活塞壳为开关定子电极。开关动子电极在做闭合运动时需要克服磁流变液的粘性力,因此开关动子电极必须具有一定大小的能量才能与定子电极接触,该临界能量值即为开关阈值。该阈值的大小与磁流变液粘度大小有关,因此可以通过改变外部磁场来改变磁流变液的粘度,进而改变磁流变液惯性开关的阈值。阐述了开关的新型结构与机理,并用实验对开关机理进行了论证。实验证明,开关理论模型与实验数据相符。     

采用簇绒法缝纫的复合材料层压板抗冲击损伤性能研究

旨在对采用簇绒法缝纫的复合材料层压板的抗冲击损伤性能进行研究,分别采用碳纤维缝纫线和玻璃纤维缝纫线,利用簇绒法缝纫技术对干纤维铺层进行缝纫后,利用真空注射固化技术加工复合材料层压板,最后通过试验对比两种缝纫线在碳纤维复合材料基板中的抗损伤性能。所有试验均按照英国航空复合材料统一试验标准(BS ISO18353:2009)进行实施,并利用C扫描和截面显微照片等技术手段进行分析,最终给出试验结论。此系列板材的损伤特性,如损伤面积、损伤分布、冲击后压缩强度等均被用来评估簇绒法缝纫方式(Tufting)如何且在多大程度上影响抗损伤性能。结果显示,簇绒法缝纫是一种高效提高层压板抗损伤性能的方法,可以使冲击后压缩强度的提高30%以上。     

微小型翻转爬楼梯机器人抗跌落技术

微小型地面移动机器人高越障性能与便携性是一对难以解决的矛盾。北京理工大学研制的小型四轮机器人采用车体翻转方式实现了小型移动机器人爬楼梯功能,该机器人重约2.5 kg,便于携带,可短距离抛掷使用。针对上述翻转爬楼梯机器人样机,提出跌落分析3项关注点及评估标准,建立了橡胶材料的超弹性本构关系模型及金属材料考虑应变率的弹塑性模型。基于Abaqus建立有限元模型,对高度1 m情况下水平、竖直、侧向竖直三种典型跌落姿态进行仿真计算,寻找机构存在问题,并在车轮、壳体、电机轴联接方式等方面提出改进措施。对改进后结构进行对比计算,结果验证了改进措施的有效性,改进后机器人能够承载高度3 m的跌落冲击。     

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。     

不同结构参数的钢丝绳隔振器抗冲击性能研究

传统的钢丝绳隔振器设计依赖大量试验数据,新产品开发成本高且测试周期长.为解决此工程问题,首先,通过空间坐标系变换建立三次螺旋的钢丝绳隔振器空间轨迹方程,并利用Matlab及Pro/E软件得到钢丝绳各芯丝空间曲线及等效钢丝绳隔振器三维模型;其次,针对不同结构参数的钢丝绳隔振器,利用ABAQUS分析并计算了等效冲击刚度和冲...     

基于磁流变液的蠕动驱动方式研究

提出了一种利用磁流变液这一新兴智能材料来实现微机器人的蠕动驱动方式。文章分析了其运动规律及控制电压的时序,并通过ADAMS仿真验证了其可行性,为后续的研究提供了依据。     

码垛机器人本体结构分析与性能研究

以码垛机器人本体为研究对象,通过分析其结构特点与性能参数,明确了设计的基本指标,为码垛机器人产品开发提供参考。     

磁流变液动态性能分数阶建模研究

建立了磁流变液测试系统的分数阶模型,并利用分数阶微分方程的数值解和最小二乘法拟合了该分数阶模型,探究了不同转速磁流变液的动态性能。实验结果表明：分数阶模型能更准确、更细微地描述磁流变液的动态性能和黏弹特性;磁流变液的阻尼特性随转速和羟基铁粉含量的提高而明显增强;所建模型阶数的范围在0到2之间,且其是否大于1与弹性项和惯性项的比值变化有关。另外,羟基铁粉的含量和转速大小对磁流变液黏弹特性都有较大影响。     

血管介入手术机器人推进机构的精度试验研究

精度是血管介入手术机器人系统的重要指标之一,受到图像导航精度,介入机器人系统精度和随机误差的综合影响。基于实验室开发的血管介入手术机器人推进机构,开展了一系列精度试验,并对试验结果进行分析,结果证明所开发的血管介入手术机器人推进机构满足精度设计要求,而后对机构的精度和误差来源进行了分析,得出了提高精度的若干措施,为此类机构的设计和改进提供了依据。     

微机器人的研究现状与发展趋势

微机器人学包括微型机器人和微动机器人,微/纳米技术的迅速发展促进了微机器人技术的发展.微机器人在一些不便于人直接操作的狭窄环境(如管道)和微细作业技术中有广泛的应用,文中主要分析了微机器人特别是并联微动机器人的国内外研究现状,提出了目前微动机器人研究的不足及发展趋势.     

基于电磁跟踪与超声图像的介入机器人穿刺导航方法及实验研究

在超声引导的微创介入手术应用中,仅凭超声图像难以实现对手术针实时、准确的跟踪。利用电磁定位系统结合超声图像实现微创介入机器人的穿刺导航任务。超声图像用于确定局部病变的位置,电磁定位系统用于对手术针进行实时定位和跟踪。为使二者有机结合,提出了一种基于伯恩斯坦多项式的误差补偿方法,对跟踪误差进行补偿;采用N线模型法对超声图像进行标定,并以此为基础完成手术针与图像空间的配准,进而提出了虚拟进针路径的概念,实现了电磁定位数据与图像数据的融合。为验证所提方法的有效性和可行性,对超声系统与电磁定位系统的结合性进行了实验研究;搭建了前列腺微创介入机器人平台,进行了多种角度下的靶向穿刺定位实验。实验结果表明:在使用尼龙作为机器人本体材料、钛合金材质手术针的前提下,所提方法对假体穿刺的平均精密度为1. 14 mm,平均准确度为1. 62 mm,能够满足前列腺介入手术的临床精度要求。     

磁流变液与电热形状记忆合金联合传动性能研究

针对磁流变液装置所产生的转矩偏小的问题,提出了一种磁流变液与电热形状记忆合金(SMA)联合传动的方法,并介绍了传动装置的工作原理.基于电热SMA弹簧力学特性,推导了温度与摩擦转矩的关系;通过有限元软件对装置进行了磁场分析,得到了环形磁流变液工作间隙磁场强度与磁流变液剪切屈服应力之间的关系,并计算得出磁流变液传递的转矩....     

磁流变夹具的薄壁件加工装夹性能分析与优化

针对航空航天等领域薄壁件难装夹所引起的加工精度问题,设计了一套磁流变液柔性夹具,结合磁流变液固化特性,通过提高弱刚度结构辅助支撑的强度,考虑磁场强度及位置等对工件刚度影响的关键要素,采用Maxwell进行磁场仿真并进行案例实验验证。实验测试了磁场大小、剪切应力和铣削力等关键数据,研究与分析了三者之间的作用关系,发现磁场强度越大,剪切应力越大而铣削力越小。通过与传统夹具对比,发现磁流变液夹可提高装夹性能,其中有MRF时加速度值为0.29g,与无MRF对比降低了82.4%,加工时振动明显减小;无MRF与有MRF对比同心度值降低38.5%。相关成果为航空航天领域薄壁件加工装夹技术提供支撑。     

冗余度机器人运动学性能优化的研究

采用梯度投影法,对多目标函数的加权系数进行了模糊优化,从而实现了冗余度机器人多目标融合优化,最后经过仿真验证了该方法的可行性.     

磁流变液减振器的结构设计与性能研究

文中分析了3种工作模式的磁流变液减振器,分别是流体模式、剪切模式和挤压模型;设计了一种新型的基于混合模式的磁流变液减振器,并搭建了一套数据采集系统,包括数据采集卡、传动系统、Labview软件等,对磁流变液减振器的力学性进行了研究,测试结果表明,随着外加磁场强度的增加,磁流变液减振器的阻尼力增加较为明显。     

基于综合性能指标的串联变胞机器人冲击性能优化

研究串联变胞机器人的构态切换平稳性问题具有重要理论意义和实用价值.基于Newton-Euler方程建立串联变胞机器人的冲击动力学模型,并结合经典碰撞理论和恢复系数方程,推导出机器人构态切换时的冲量求解模型.在此基础上,针对机器人的构态切换平稳性问题,从构态切换前的速度性能、构态切换时的冲击性能和构态切换时的动力学性能3...     

机器人弹性动力学研究及结构综合优化

在运动学分析的基础上着重考虑各种驱动系统和平衡系统的弹性影响，对机器人系统进行有限元弹性动力学建模分析，求出整个系统的振动频率及手部末端弹性变形，并在此基础上对臂杆结构进行综合优化，使得机器人系统的各种动力性能指标达到良好。编制了相应的通用性软件，并通过实例验证了该法的有效性，为机器人设计提供了有效的方法。     

针对高速Delta机器人杆件优化的研究

为了充分发挥高速Delta机器人误差累积小、运动速度快的优点,需对Delta机器人进行杆件优化的研究。在建立系统运动学和刚体动力学模型的基础上,定义了全局灵巧度与主动臂冲击振动函数,根据Delta机器人的实际工作要求,对其进行了轨迹规划。利用MATLAB遗传算法工具箱,分别以灵巧度与冲击振动函数作为适应度函数,求得各自全局的最优解,再以求得的最优解作为杆件尺寸的上下界,利用权重系数变换法将灵巧度与冲击振动函数这一多目标优化问题转化为单目标优化的问题,据此综合出一组满足优化目标的尺度参数,为Delta机器人的结构优化设计提供了参考依据。