异构遥操作仿人机械臂灵巧作业控制

针对异构遥操作系统在作业过程中,从端机器人控制灵活性受限的问题,提出了一种基于主从工作空间与速度的双模比例映射控制方法.限定主从端的操作空间,并采用比例度映射的方式实现主端对从端运动控制.采用Phantom Omni力反馈设备与Kinova仿人机械臂分别作为遥操作系统的操作主端和工作从端,构建了双边控制系统及实物抓取实验,结果表明:在映射的工作空间内,主端能够有效完成对从端的运动控制;在实物抓取实验过程中,主端能够有效对从端实现作业控制.所设计的系统满足控制精度需求,操作灵活.     

基于免疫遗传算法的冗余空间机械臂设计

空间机械臂的工作任务特殊,工作环境极其恶劣,因而提高空间机械臂的可靠性显得尤为重要。冗余是提高机械臂可靠性的重要方法,寻求实用的故障容错冗余机械臂设计方法是论文研究的核心内容。冗余机械臂设计是多参数、多模态、非线性设计问题,用传统的优化方法难以解决。论文模拟抗体搜索机制,结合免疫网络理论,用抗体表示函数优化解的可能模式,通过克隆算子完成全局搜索,利用B细胞网络保持抗体的多样性。通过实际设计表明,算法是可行有效的。     

含弧形自由度仿人灵巧手掌的机构设计

提出了一种人手掌的简化模型,根据该模型,设计了仿人灵巧手掌的机构,使得只作为仿人灵巧手手指及其控制部件机架的手掌形成弧形自由度参加手部动作,提高了仿人灵巧手通用性、灵活性和抓持物体的适应性。经优化设计和仿真,机构完全符合灵巧手进行运动时手掌的运动要求。     

冗余机械臂优化控制新方法

针对五自由度冗余机械臂,提出了一种新的基于伪逆的优化控制方法：利用一个可调权值因子,将最小速度范数方法（加速度层）和最小加速度范数方法进行加权组合,来实现对冗余机械臂的运动控制。该优化方法可以实现关节速度范数和关节加速度范数的同时最小化,而且使得机械臂的关节速度在运动末态时接近零。计算机仿真结果进一步验证了所给出的优化控制方法的可行性和优越性。     

基于粒子群优化的刚柔混合机械臂振动抑制规划

提出基函数叠加与粒子群优化(PSO)相结合的振动抑制轨迹规划方法.首先推导了各关节变量与模态坐标的关系,采用正弦-梯形函数作为基函数构造各关节的角速度,其中基函数的系数和幅值为待定参数;然后将末端振动最小化轨迹规划转换为待定参数的优化问题,并采用PSO算法获得待定参数的最优值;最后以双杆刚柔混合机械臂为例开展仿真研究.仿真结果表明,所提出的方法大大减小了机械臂末端的残留振动.     

冗余度卫星搭载机械臂神经网络优化控制

研究了节点变换函数参数可调的多层神经网络,并将这种神经网络用于控制冗余度卫星搭载机器人系统;提出了卫星位姿最小摄动的冗余度机器人臂神经网络控制方案,在这种方案中将系统的正运动学方程作为神经网络学习的对象,由神经网络学习拟合系统运动学,实现了机器人臂运动和卫星运动的解耦,在机器人臂的运动和卫星本体解耦的基础上,基于带动量项的BP解法,实现了系统的最小动能优化控制,利用平面4关节星载机器人系统进行了仿真,取得比较理想的效果。     

基于遗传算法的柔性机械臂的同时优化设计

针对单连杆柔性机械臂系统,采用同时设计的方法,对包含柔性机械臂结构参数、传感器参数和控制器参数的系统模型进行整体优化设计,改进的遗传算法用于参数的全局寻优.仿真结果显示,优化设计后的单连杆柔性机械臂为变截面梁,可以仅采用简单的控制器(PD控制器)达到减小梁末端振动的效果.     

Matlab优化工具箱在钻臂设计中的应用

Matlab优化工具箱具有强大的科学计算能力，在工程设计领域得到了广泛的应用。基于优化设计中Kuhn-Tucker（K-T）方程解的原理，本文给出了利用Matlab优化工具箱进行钻臂设计的方法。首先，合理设置优化目标函数和约束条件。然后，使用Matlab优化工具箱进行编程计算。与其他方法相比，使用Matlab优化工具箱进行优化，不仅可以提高计算精度，而且可以减少计算时间，因此在工程设计领域有较强的实际应用价值。     

分层优化机制引导的视觉机械臂联合模型优化

针对视觉机械臂系统整体精度不高、不易部署、校准成本高的问题,提出了具有分层优化机制的自适应多精英引导的复合差分进化算法(AMECoDEs-LO)。首先,对机械臂运动学模型和手眼标定外参模型进行系统集成;然后,以AMECoDEs算法为基础对种群中阶段性数据进行主成分分析,按照当前代各维度向量支配度的不同,划分参数优化的优先级,以参数降维优化的思想实现了对种群收敛精度和速度的隐式引导,在仿真和真实环境下与现有的一流演化算法进行了对比验证;最后针对视觉传感器对环境噪声敏感问题,加入不同强度的高斯白噪声验证系统的鲁棒性。实验结果表明,该算法精度高、收敛速度快、鲁棒性好且不需要额外的校准仪器,可用于视觉机械臂的快速部署。     

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．     

微创手术机器人力反馈主手重力补偿研究

针对医生操作微创手术机器人力反馈主手进行主从微创手术时力反馈主手各杆件重力阻碍操作性能的问题,基于虚位移原理对力反馈主手各关节的重力矩进行推导,并采用Adams仿真软件对其进行验证.该方法适用于开链和闭链结构的机器人臂,与传统的牛顿-欧拉法和拉格朗日法相比,它不需考虑速度、加速度,且简单有效.然后采用电机驱动的方式对力反馈主手的各连杆重力进行补偿,实现了重力的完全补偿.实验结果表明,基于虚位移原理的主动重力补偿能够达到较好的补偿效果,将未补偿前的重力矩作用减小了60%以上,提高了力反馈主手的操作性能.     

微创手术机器人的力/位解耦协同智能控制

为解决目前市场上可利用的微创手术机器人都不包含重要的触觉(力)反馈机制的问题,根据人体内部双边解耦协同的生理调控机制,结合微创手术机器人的控制特性,开发了一种新颖的力/位解耦协同控制策略,并设计相应的智能控制系统.通过4个3自由度触觉操纵器装置,对提出的智能控制系统性能进行了真实的实验验证.实验结果表明,提出的控制系统能够实现力/位信号的解耦与协同控制.操作者能够获得准确的力反馈信号,确保机器人和谐、平稳地完成任务.     

考虑迟滞及变形影响的主被动混合驱动绳驱空间机械臂运动学建模及求解

在绳驱空间机械臂的非结构化环境灵巧作业中,驱动绳索拉伸和臂段形变给机械臂的精确控制带来了困难。为此,本文提出一种改进运动学模型。首先,建立机械臂“驱动绳索长度－关节角度－末端位姿”的多重映射运动学模型;进一步考虑绳索迟滞、运动方向切换和臂段变形3种因素耦合影响,改进“驱动绳索长度－关节角”的映射模型。其次,设计试验平台,开展不同负载下的绳索迟滞量测定试验。最后,对比改进运动学模型仿真结果和绳驱空间机械臂样机试验数据。与理想几何模型的比较结果表明,长1110 mm的两段绳驱空间机械臂的末端绝对位置误差可减小15.2 mm;末端绝对位置误差减小61.4%,证明了改进运动学模型的有效性。     

基于计算力矩的微创手术机器人控制

针对微创手术机器人通常采用的独立PD控制或基于重力补偿的PD控制,都必须预先设定好相应的PD常数,不能随刀具所受有效外载荷而进行自适应调节,从而影响了机器人的定位精度的问题.提出了一种基于计算力矩的控制模型,在拉格朗日动力学模型基础上引进控制量使机器人系统线性化,并且将静力学分析结果作为反馈信号,完成外载荷作用下的轨迹...     

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.     

微创介入机器人系统设计与精度分析

针对微创介入手术对医生的身体危害性及难操作性等问题,设计了一种辅助医生手术操作的新型介入手术机器人系统,并详细阐述了模仿医生实际夹持与旋捻导管动作的仿生手指的设计理念以及基于神经网络的PID控制系统的设计过程。利用所研制出的血管介入机器人样机,开展了推进机构的精度实验,实验测试的各项精度结果证明所开发的推进机构满足精度的设计要求。通过对机构精度和误差来源的分析,给出提高精度的3条可行措施。本介入手术机器人满足设计要求,为同类产品的设计和改进提供了参考依据。     

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．     

砂带磨削机器人的灵活性分析与优化

总结了磨削机器人的当前发展和阻碍砂带磨削机器人广泛应用的难点．根据复杂曲面磨削任务对机器 人的实际要求,提出了一种磨削机器人构型．这种机器人属于PPPRRR 构型,具有很高的定位精度和结构刚度．利 用旋量理论中的指数积公式推导了该机器人的运动学正反解．引入了模拟退火算法,分析获得了相对于末端坐标系 描述的砂带磨削机器人的灵活磨削空间,并绘制了灵活磨削空间的横截面图谱．进一步,采用模式搜索法,优化了 磨削机接触轮相对于机器人基坐标系的位移偏移量,获得了最大的灵活磨削空间体积,提高了机器人砂带磨削系统 的灵活性．