基于迭代算法的六自由度主从异构机器人的位置映射

现有基于运动学反变换法的六自由度主从异构机器人映射算法,存在超越函数和存在多解,导致映射算法设计复杂。为改善这一问题,设计了基于LabVIEW的六自由度主从机器人系统,并对主从映射算法和位置跟随误差进行研究。首先选择3-5RUU并联机构和FANUC多功能机器人分别作为主手和从手,并对主从手的构型进行分析;然后采用迭代算法建立系统的映射模型;其次,对从手跟随主手的位置误差进行研究;最后根据主从机器人的映射算法进行实验分析。建模过程与实验结果表明:所设计的映射算法简单有效,该系统可实现从手运动状况的提前验证与实时反馈。     

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.     

腹腔微创手术机器人主从运动及力反馈控制

微创手术机器人一般采用主从式结构。主从操作手的力反馈技术是手术机器人研究重要的方向。基于运动学D-H模型采用位姿分离法实现了机械手逆运动快速求解。运用虚功原理的方法实现了对机械手力反馈控制。并且进行了动物软组织实验,为操作者提供临场力感觉,实现人对手术机器人的有效干预和控制。     

主从式外科手术机器人实时控制算法

针对机器人运动模型的非线性,导致异构型主从式外科手术机器人系统控制算法需要大量的计算的问题。基于线性化的思想,利用逆Jacobian矩阵将笛卡尔速度映射到关节速度,并用关节瞬时速度代替微小时间段内位移,线性化机器人运动学模型,减小计算量,满足机器人实现缝合打结等手术操作的实时性要求。通过增加反馈环节,消除机器人在工作空间下线性化模型的误差累积,提高系统整体大范围运动精度。关节空间内的样条插值方法,有效改善机器人运动特性,消除人手的抖动。本算法应用在“妙手”外科手术机器人系统上,成功地对兔子腿部微细动脉进行血管吻合手术操作。     

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.     

基于吴方法的6R机器人逆运动学旋量方程求解

基于旋量理论建立6R机器人的运动学模型,与传统的D-H参数法相比,旋量法从整体上描述刚体的运动,避免了用局部坐标系描述时所造成的奇异性.但用旋量法求解运动学逆问题时,受到子问题算法的限制.将吴方法引入逆运动学问题的求解,通过其特征列的思想与旋量法相结合,并利用数字化推理平台(Mathematics mechanization platform, MMP)和Maple软件进行符号化运算实现了运动学逆解算法,最后用计算实例证明了算法的可靠性.基于吴方法求解机器人逆运动学的旋量方程,继承了旋量法的优点并减小了对子问题算法的依赖性,更加便于计算机的机械化运算.该方法具有较高的效率和精度,可以推广到其他构型(如并联机构)机器人运动学问题的求解.     

信通机房巡检机器人系统设计

为解决电力系统中的信通机房巡检问题,该文设计了一种基于六自由度机械臂的自动巡检机器人。采用D-H法构建了机器人的正向运动模型,采用牛顿迭代法进行了逆运动学求解,并用MATLAB进行了正逆向运动学的仿真,为机器人的位置控制提供了理论支持。基于蒙特卡洛法进行了工作空间的求解,提出了一种基于三次插值法的巡检机器人末端路径规划方法,以实现末端的平稳运动。搭建了巡检机器人实验系统对所提出的运动学模型以及路径规划算法进行验证,实验结果表明机器人的空间定位精度在1 cm以内,且末端能够实现平稳运动。     

基于CATIA V5的工业机器人运动学仿真研究

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.利用高端三维CAD软件对六自由度M_6iB机器人建立三维运动仿真模型.采用D-H参数法建立了连杆坐标系下的机器人运动学模型,并利用Matlab编写了运动学方程的变换矩阵,最后利用软件对机器人的运动进行分析.研究了运动学方程的求解,基于CATIA V5的DUM中...     

基于姿态角递增算法的6轴机器人通用运动规划方法

在平面偏置型6轴机器人构型分析的基础上,以D-H法建立了机器人的正运动学解析方程,并求得逆运动学的解析解。根据机器人末端运动起点和终点的位姿,通过求解运动过程中的等效转轴和等效转角,建立了一种基于姿态角递增算法的6轴机器人运动规划方法。通过仿真分析,证明了该方法在平面偏置型6轴机器人运动轨迹规划中的有效性、准确性和通用性。     

阀体焊接机器人运动性能分析

基于弗莱那-雪列（Frenet-Serret）矢量理论,获得了离散焊点处的切向、法向和次法向矢量,据此可求得焊枪-焊点间的相对位姿。基于变位机-机器人主从运动链末端的耦合约束关系,提出以船型焊为最佳焊位时的协同焊接运动学模型及参数求解流程。在求解焊接机器人工作空间的基础上,依据球形手腕六关节串联机器人处于奇异位形的几何条件,归纳得出焊接机器人的10种独立的奇异位形。协同焊接阀体密封面的运动仿真和现场试验表明,该变位机-机器人焊接系统能够平稳、准确地完成预期焊接任务,证实了提出的协同焊接运动学模型及参数求解方法正确可行。     

多关节连续体机器人的运动分析与遥操作技术

设计了一种多关节线驱动连续体机器人,该机器人共有4个弯曲自由度和1个进给自由度。建立了该连续体机器人的运动学模型,利用MATLAB对其工作空间进行了分析。针对Geomagic Touch设计了三种主从映射算法,实现了连续体机器人的主从异构遥操作控制。通过实验验证了主从控制算法的正确性,展示了连续体机器人良好的弯曲能力,表明该连续体机器人具有一定的控制精度和良好的跟随能力。     

主从式微创外科手术机器人主手设计

主从式微创手术(m in im ally invasive surgery,M IS)机器人系统是医学中的微创手术技术和机器人技术相结合的典型产物。在手术中,手术机器人能够辅助医生进行各种手术操作及精确的定位,并且提供稳定的操作平台。通过分析腹腔镜手术中手术器械的典型运动空间和医生手术操作的动作,以及微创手术机器人从手的结构形式和运动,根据从手的操作要求,我们设计了一种适用于腹腔镜手术的主从式机器人系统的主手结构。模拟试验和仿真结果表明所设计的主手结构满足微创手术的要求。     

基于虚拟环境的遥操作机器人主从交互系统设计

针对遥操作机器人系统中的时延问题,设计了一种基于虚拟环境的机器人遥操作主从交互系统.利用Java/Java3D进行分布式虚拟环境以及虚拟机器人的三维建模;通过JNI方法建立主手设备与虚拟环境的交互接口.操作者通过操纵主手而对虚拟机器人进行关节驱动,提高了主从控制的实时性.     

主从式机器人系统中力反馈的实现

设计了一套适用于医疗和装备维修的主从式机器人系统,并对其力反馈实现进行了研究。采用六维力传感器获得了从端的受力情况,并对获得的力信息进行了滤波、离线坐标系标定和重力补偿等处理,提高了力反馈信息的准确性和抗干扰能力。为进一步减小主从位置误差对系统的影响,在力反馈中实时附加一个与主从位置误差反向的作用力,并将其与传感器获得的力信息进行线性融合。实验结果表明,该方法可以提高系统的力反馈性能,满足主从式机器人系统对力反馈的要求。     

Research and Realization of a Master-Slave Robotic System for Retinal Vascular Bypass Surgery

Retinal surgery continues to be one of the most technical demanding surgeries for its high manipulation accuracy requirement, small and constrained workspace, and delicate retinal tissue. Robotic systems have the potential to enhance and expand the capabilities of surgeons during retinal surgery. Thus, focusing on retinal vessel bypass surgery, a master-slave robot system is developed in this paper. This robotic system is designed based on characteristics of retinal vascular bypass surgery and analysis of the surgical workspace in eyeball. A novel end-effector of two degrees of freedom is designed and a novel remote center of motion mechanism is adopted in the robot structure.The kinematics and the mapping relationship are then established, the gravity compensation control strategy and the hand tremor elimination algorithm are applied to achieve the high motion accuracy. The experiments on an artificial eyeball and an in vitro porcine eye are conducted, verifying the feasibility of this system.     

Research and Realization of a Master-Slave Robotic System for Retinal Vascular Bypass Surgery

Retinal surgery continues to be one of the most technical demanding surgeries for its high manipulation accuracy requirement, small and constrained workspace, and delicate retinal tissue. Robotic systems have the potential to enhance and expand the capabilities of surgeons during retinal surgery. Thus, focusing on retinal vessel bypass surgery, a master-slave robot system is developed in this paper. This robotic system is designed based on characteristics of retinal vascular bypass surgery and analysis of the surgical workspace in eyeball. A novel end-effector of two degrees of freedom is designed and a novel remote center of motion mechanism is adopted in the robot structure. The kinematics and the mapping relationship are then established, the gravity compensation control strategy and the hand tremor elimination algorithm are applied to achieve the high motion accuracy. The experiments on an artificial eyeball and an in vitro porcine eye are conducted, verifying the feasibility of this system.     

6自由度解耦机器人运动学逆解优化的研究

针对6自由度解耦机器人的多解问题,分析了机器人的正、逆运动学解,提出了基于最短行程原则的运动学逆解优化方法,确保机器人系统取得合适的逆解。该方法利用6自由度解耦机器人位置与姿态解耦的特性分别给出相应的目标函数,为提高逆解优化的效率,两个目标函数采取主从式的结构。这种优化方法基于关节变量的加权均值,计算简洁又体现了最短行程的原则。最后以PUMA560机器人为例验证该方法是有效的。     

基于TCP/IP协议的反恐排爆机器人远程控制系统设计

设计了基于主从式通信模式的排爆机器人远程通信系统.采用TCP/IP协议设计和实现了上位机为主导、下位机实时响应和反馈的通信机制,制定了各子系统之间的通信协议.通信系统不依靠数据链路节点,通过中央处理器分析报文实现数据定向收发,在总线通信出现消息拥堵时,利用程序结构实现了冲突解决机制,有效地提高了系统的实时性.     

面向不平地面的双足欠驱动步行稳定控制

为实现双足机器人在不平地面上的欠驱动步行,提出一种基于质心运动状态的稳定步行控制策略.考虑地面柔性,使用柔性接触模型描述"机器人足部地面"柔性接触,并通过解耦建模的方式建立了"机器人地面"前向与侧向耦合动力学模型.根据人类变速步行特征,提出基于机器人质心速度控制的步行控制策略,将三维步行解耦为前向和侧向的主从控制,通过...