一种基于图像导航的骨外科手术机器人系统

髓内钉远端孔锁定是目前长骨骨折内固定手术中的难题.介绍了一种机器人外科手术系统及作为其核心技术的图像导航方法.首先对X光图像进行畸变矫正和对比度增强,然后提出一种基于几何模型的对准方法,得到一条能够穿过髓内钉远端孔的三维路径,从而引导串联机器人锁定髓内钉.系统还包括虚拟手术仿真子系统和遥操作子系统,可以模拟、监控手术过程,并可使医生远距离操作系统完成手术.实验表明,该系统能成功实现用机器人锁定髓内钉.并且与传统手术方法相比,具有较高的定位精度和稳定性,可以大大减少手术所需时间,降低医生所受辐射剂量.     

基于卡尔曼滤波的髓内钉锁孔操作标定方法研究

在机器人辅助正骨手术中,髓内钉的锁孔操作需要很高的定位精确度,因此需要一种相应的高精确度系统标定方法来满足定位要求.本文利用卡尔曼滤波的间接法标定法,其跳过对定位盒顶点坐标的求取,将标定盒三个顶点的坐标作为状态参量,将机器人由拍照位姿到钻孔位姿之间的位姿变换参数当作观测参量.并在此基础上推导出状态参量与观测参量之间的映射关系,对一系列观测参量的测量,利用卡尔曼滤波算法对状态参量进行滤波估计,最后间接求取转换矩阵.实验证明,这种方法的精确度不会因为标定试验次数增多而导致标定盒磨损,重复精确度较高.     

空间机器人遥操作系统设计及研制

针对空间机器人的特点设计了多种遥操作控制模式,提出了空间机器人遥操作分层控制结构LATSR(Layered Architecture for Teleoperation of Space Robot),并研制了一套遥操作系统,包括任务规划子系统、主从控制子系统、预测仿真子系统、信息处理子系统和地面验证子系统.最后利用该系统开展了多项遥操作实验,对整个系统及各子系统的功能和性能进行了检验.该系统具有灵活的操作接口,既为一般用户提供了简便的用户界面,也为机器人专家提供了底层控制能力.     

超声引导肝肿瘤微波消融治疗机器人系统的研究

为了超声引导肝肿瘤微波消融治疗更精确、更稳定和程序化,减少人为和经验因素的影响,减轻医生劳动强度,保证整个治疗的精确实施,通过分析临床需求,开发了一种床跨式悬臂机器人系统,主要包括手术导航系统和主被动关节相结合的穿刺机器人子系统。机器人可在导航软件的驱动下完成消融针的导航,协助医生完成手术。这种机器人结构简化了控制算法,提高了控制精度。为了进一步减小误差,重新定义了对系统精度影响最大的磁定位装置高精度工作区域。在此区域下,利用多模态穿刺体模进行了系统精度实验。结果表明机器人系统整体位置精度为±1.73 mm,姿态精度为±0.66°,满足临床对定位精度和姿态精度的要求。     

基于钬激光的计算机辅助手术系统

内窥镜技术与钬激光在泌尿系统疾病治疗当中的应用大大减轻了患者的痛苦．提高了手术质量．但该手术对医生的技术水平要求很高，制约了手术的发展．本文针对这一情况提出了计算机辅助手术系统的研究思路，并对这一系统的总体结构与功能以及机器人子系统进行了介绍，该系统将实现由外科医生在计算机前控制机器人，并通过机器人进行内窥镜手术．     

轮胎钉孔视觉检测系统设计

针对轮胎钉孔检测以手工或X光所造成的辐射强、定位不准的问题,设计以机器视觉技术辅助高压放电的检测系统,有效检测钉孔并准确定位。采用大津法(Otsu)完成灰度变换后的图像二值化,并通过跟踪特定颜色的对象跟踪器精确定位钉孔位置。经5组实际测试可准确地识别定位轮胎表面2.5mm及以上直径通孔,检出率达92%。     

遥操作骨科复位手术网络时延控制研究

针对遥操作骨科手术过程中存在网络时延的问题,提出了基于H∞和μ综合的鲁棒控制器设计方法。通过测试UDP、TCP/IP协议下网络的时延值,采用了UDP协议进行数据的传输的方法。针对遥操作手术机器人动力学模型与实际模型之间存在差异的问题,引入扰动观测器和低通滤波器将机器人动力学模型进行了修正。运用H∞混合灵敏度鲁棒控制方法设计了主从端控制器。针对时延最大值2 s的情况,采用μ综合的方法加以处理。通过Internet完成了无约束状态下位置跟踪和受限状态下力跟踪实验。实验结果表明,所设计的控制器能够在时延发生且最大值不超过2 s的情况下保证主从系统较好的稳定性,验证了遥操作骨科复位手术在Internet环境下的可行性。     

利用磁钉段特征创建磁钉地图的新方法

针对磁钉导航系统中磁钉地图创建困难、现有建图方法不适用于多路口磁钉地图的问题,提出一种利用磁钉段特征创建磁钉地图的新方法.首先采用惯导、里程计和磁尺采集道路磁钉数据,依据标志磁钉划分磁钉段,从传感器数据中提取出磁钉段的特征,进行特征匹配,在匹配成功的磁钉段之间建立闭环约束.然后利用改进图优化算法,减小错误闭环约束对优化结果的影响.最后从优化完成的图中提取出磁钉点,再建立磁钉地图.基于真实道路环境的实验结果表明:利用磁钉段特征创建磁钉地图的新方法操作简单,建立的磁钉地图精度较高,全局一致性很好,导航试验也验证了地图的可用性.该方法可以很好地解决多路口磁钉地图建图问题,是一种有效的磁钉地图创建方法.     

一种基于Internet的遥操作机器人系统——Telerobot

随着Internet的广泛应用和遥操作技术的发展,通过Internet控制异地硬件设备已成为可能。采用由Internet服务器和机器人服务器构成的两层服务器结构建立了一个基于Internet的遥操作机器人系统。该系统允许任何地方的使用者通过web浏览器对一台PUMA562机器人进行控制,完成抓取、搬运与推放操作。     

异构型遥操作系统的定位与接触控制研究

与同构型机器人遥操作系统不同,在异构型机器人遥操作系统中,操作者往往对目标物的精确定位和接触力的判断不足,当从机器人接触到外部环境时缺乏良好的临场感,导致操作精度不足。针对此类问题,该文提出了一种基于机器人工作空间转换与直接力反馈结构相结合的目标物定位与接触遥操作控制方法。该方法首先将机器人的关节空间转换到工作空间,再对异构型主从机器人不同的工作空间进行映射匹配,然后在直接力反馈式的遥操作结构下与力传感器共同作用,并辅以摄像机,使得操作者可以精确地操作远端环境中的机器人,从而准确地接触到目标物及获取目标物的位置,进一步准确判断从机器人在外部环境中所接触到的物体属性。该方法借助力反馈进行目标物定位与物体属性判断,较之复杂的机器人视觉标定方法更加简单易于操作,其有效性也在搭建的异构型机器人遥操作实验平台上得到了验证。     

三维压裂压力递减分析方法

在前人提出的拟三维压力递减分析模型基础上,建立了解释压裂后压力递减的三维模型,模型考虑了压裂液的续流影响.利用所建模型分析的压裂停泵后的压力递减数据,可计算裂缝几何参数(裂缝宽度、高度、长度)、压裂液滤失系数、地层应力强度因子、压裂液效率和裂缝延伸时间等,为调整大型压裂设计方案和新区整体压裂优化设计提供可靠的参数.研制了一套windows环境下的解释软件,运用该软件可获得有关评价参数.用计算实例说明了三维压裂压力递减分析方法的适用性和可靠性.     

Fault tolerant control for a robot collaborative system

A new fault-tolerant control scheme is proposed for a nonlinear collaborative system that contains two robot subsystems. When fault occurs in one subsystem, the fault-free subsystem is used to compensate the fault influence of the faulty one on the whole collaborative system. When the faulty subsystem could not repair itself or the repair process needs a long time, the controller of the fault-free subsystem is reconfigured using the fault diagnosis information and other measured information, leading to the fault tolerant control of the robot collaborative system. Simulations of fault tolerant control for the robot collaborative system show the effectiveness of the proposed method.     

机器人可视化仿真模型及同步控制系统的研究

虚拟现实是迄今为止最强的人机接口技术。首先参照实体机器人,利用3DMAX技术进行虚拟机器人的建模和制作贴图,设计并实现了一个机器人三维可视化仿真模型;然后通过设置关键帧的方法实现了对虚拟机器人运动的控制,利用VisualC建立了一个对仿真机器人的控制平台;最后通过网络操纵仿真机器人来实现对远端真实机器人的同步遥控制。这样不仅增强了远端执行机构的作业能力,也拓展了设备的应用领域,从而能更有效地协助操作者完成任务。     

基于三层模式的足球机器人决策子系统设计

在足球机器人系统中,决定比赛胜负的关键就是决策子系统.决策子系统应满足实时性强、适应能力强和学习能力强等要求.介绍了目前国际上比较流行的分层控制方法:协调层、运动规划层和基本动作层.并就每个层次的设计做了具体的说明.     

Dynamic Analysis and Structural Optimization of a Novel Palletizing Robot

A novel palletizing robot is presented and developed.By using the Newton-Euler method and the principle that the instantaneous inertial force system could be transformed into a static system,the force equilibrium equations of the whole robot and its subsystem were derived and the robot’s dynamic models were established.After that,an example simulation was performed by using Matlab software and the structural optimization of the robot’s key parts were discussed and analyzed in ANSYS platform.The results show that the dynamic models are correct and can be helpful for the design,validation and kinetic control based on dynamics of this kind of palletizing robots.     

等效裂缝密度在锦州南变质岩潜山裂缝定量表征中的应用

裂缝发育密度是裂缝性储层裂缝特征研究与定量表征的重要参数之一.锦州南太古宇变质岩潜山裂缝异常发育,岩心分析裂缝密度很高,而成像测井计算的裂缝密度却非常低.研究发现,该潜山多数井裂缝异常发育段由于裂缝过于发育造成岩石破碎,从而使成像测井仅能识别出少数裂缝,造成成像测井计算的裂缝密度偏低.为了准确描述该变质岩潜山储层裂缝的发育情况,首次将成像测井直接解释的裂缝密度与储层总孔隙度和电阻率建立关系,提出等效裂缝密度的概念,并将该等效裂缝密度用于裂缝三维定量表征.油藏动态响应表明,基于等效裂缝密度的裂缝分布三维模型可较准确地描述裂缝的发育情况,从而有效地指导油田的开发与生产.     

一种机器人寻线控制系统

介绍了一种机器人寻线控制系统。该系统在单片机的控制下,采集、存储、处理寻线系统输入的数字信号,并通过驱动系统来控制步进电机,使机器人按照预设的路线行走,该系统还具有自动纠偏、准确可靠、抗干扰能力强等特点,为机器人行走的准确性提供了可靠保证。     

基于Linx足球机器人无线通信子系统的设计

设计并实现了将Linx技术应用于足球机器人比赛的无线通信子系统,在简要介绍HP3 RF功能特点的基础上,给出了TXM-900-HP3的实际发射硬件电路,采用Linx核心技术的RXM-900-HP3无线通信芯片与LPc2214相结合的接收电路,实验表明:该系统实现了足球机器人与上位机之间的通信,运行可靠,能满足足球机器人比赛系统的需求.