微创外科手术机器人多自由度手指机构设计与研究

微创外科手术机器人多自由度手指机构是在满足微创手术要求的前提下,专为外科手术机器人系统研制开发的具有多个自由度的机构。该机构拥有侧摆,俯仰,旋转,夹持4个自由度,采用驱动电机与各个执行关节分离的结构形式,具有夹持灵活性好,质量轻,夹持力大,结构简单等优点,对手指机构的指尖夹持力、关节耦合关系等关键技术进行了研究,为微创外科手术机器人的进一步研制奠定基础。     

外科手术机器人多自由度手指运动学建模与控制

拥有侧摆、俯仰、旋转和夹持自由度的多自由度手指机构是微创外科手术机器人系统中最关键的部分之一,对其进行运动学研究和控制研究具有很大的现实意义和科学研究价值.运用D-H法对其运动学正解进行研究,并求得工作空间;运用反变换法求得其运动学反解.在此基础上设计其控制系统.该研究为微创外科手术机器人系统的整体控制和研究提供参考.     

下肢康复机器人模糊主从控制方法

针对偏瘫患者的康复训练问题,本文研究了一种通过患者自身健康上肢来控制对侧受损下肢的康复训练方法。利用FAB系统测量了正常行走状态下人体上肢的肩、肘关节转角和下肢的髋、膝关节转角,对测量数据进行处理后获得人体上、下肢的步态运动轨迹。将步态测量获得的平均曲线作为基准曲线,对其进行包络分析获得参考曲线。在此基础上定义输入、输出变量的模糊集合和模糊逻辑,采用模糊化方法建立上肢运动与下肢运动之间的主从映射关系。选取上肢肩、肘关节转角的部分测量数据作为输入变量,基于Matlab进行仿真验证,通过解模糊化运算获得下肢髋、膝关节转角的输出值。将仿真验证获得的下肢髋、膝关节转角的输出值与下肢运动关节转角的原始测量值进行比对,输出信号能很好地反映下肢的运动趋势,初步验证了本文所建立的上、下肢运动之间模糊主从控制方法的可行性。     

基于系统阻力变化的手术微器械夹持力检测

针对手术机器人微器械的力检测问题,搭建了3自由度微器械的等效实验平台.基于柔索驱动微器械关节完整的动力学模型设计了驱动关节综合阻力模型,并根据实验结果进行了BP （反向传播）神经网络模型的数据拟合,给出综合阻力神经网络模型.最后根据驱动单元综合阻力的变化提出了一种夹持力估计策略,并通过连续加载和阶梯加载实验验证了夹持力检测方法的性能.实验结果显示,夹持力检测的最大绝对误差可以达到0.24 N,在稳定阶段夹持力检测的精度可以达到90%左右.该方法可以成为实现手术机器人微器械力反馈的基础.     

并联机器人胡克铰工作空间的研究与应用

提出了胡克铰在并联机器人应用中的关键问题。通过对胡克铰工作空间详细地仿真和研究,建立了分析此类问题的模型拟合法和更加精确的模型解析法,并运用这两种方法分析成对胡克铰的工作空间。研究结果应用于6-PTRT并联机器人的参数设计和干涉检验,使得该并联机器人的工作空间体积增大、并成功避免机器人发生铰链干涉。得到并联机器人胡克铰的工作空间对机器人优化设计,简化运动控制算法,提高其机构性能和安全性有着重要意义。     

微创外科手术机器人6自由度操作手运动学分析

微创外科手术机器人6自由度操作手是微创外科手术机器人的重要组成部分,是进行手术的主体.而操作手的运动学正逆解是对外科手术机器人进行研究的关键技术之一.文中运用D-H法对外科手术机器人运动学正解进行了研究,且根据位姿分离的方法求解出了运动学逆解,并采用MATLAB中的SimuLink对运动学正逆解进行了仿真验证,从而为微创外科手术机器人的进一步研究奠定了基础.     

并联机器人力感觉系统的研究

提出了在 6自由度并联机器人的 6个连杆上集成拉、压力传感器 ,组成力感觉系统 ,建立 6个传感器受力与动平台所受 6维合外力的解析关系 ,从而通过检测 6个传感器的受力就可以确定并联机器人动平台的受力情况。在分析国内外并联力感觉系统的基础上 ,着重介绍了该力感觉系统的集成和力学建模过程 ,并给出了实验结果。     

3-RPS并联机器人静力学研究及SimMechanics仿真

针对传统的建模方法忽略连杆自身重力并具有较大误差这一问题,对单个杆件在铰链约束及重力作用下的受力情况进行分析,推导出机器人处于任意位姿时连杆受力与动平台负载力(矩)二者的关系,从而建立了3-RPS并联机器人完整的静力学模型.利用Matlab的SimMechanics和Simulink模块库构造出该3-RPS并联机器人的仿真模型,对该模型进行受力仿真,验证了静力学模型的正确性.该研究同样适用于其他种类的3自由度并联机器人.     

6-DOF并联机器人新型力感觉系统静力学分析

通过在6-DOF(6自由度)并联机器人各个杆件上集成拉、压力传感器,组成了新型力感觉系统,建立了6个传感器受力与动平台所受合外力、合外力矩的矩阵关系,从而只需检测6个1维传感器的受力就可以确定并联机器人动平台的受力情况．在考虑杆件自身重力的情况下,着重对该力感觉系统进行静力学分析,并以6-PTRT并联机器人为例,在该机器人上集成力感觉系统．实验结果表明该方法可行．