应用于核磁环境的双腱鞘传动分析与研究

乳腺活检机器人在核磁环境下因为材料及驱动的兼容性一直难以同时获得高质量的扫描图像和精准的活检针介入。因此提出一种能够满足核磁兼容并应用于机器人上具有双折线螺纹的可以实现远距离、大行程的双腱鞘柔性传动系统。首先,针对具有双折线螺纹的双腱鞘远程传动系统,对其单关节进行了摩擦力分析。通过对单关节双腱鞘传动的非线性耦合特性进行分析,建立了双腱鞘双向耦合传动模型。并搭建了单关节双向耦合传动实验平台,且对其进行了分析及补偿实验。其次,搭建了双腱鞘传动的多关节乳腺活检机器人实验平台,并对双腱鞘传动的多关节乳腺活检机器人进行了双向耦合运动误差分析以及补偿实验。补偿后针尖进入组织的X、Y、Z 3个方向平均误差分别为1.39、1.89和1.60 mm。实验结果表明,双腱鞘传动的多关节乳腺活检机器人可以满足核磁环境下乳腺活检的精度需求。     

牙体预备机器人备牙轨迹规划及实验研究* .txt

摘要：龋齿作为人类三大重要防治疾病之一,严重影响了人们的口腔健康。牙体修复是治疗龋齿的重要手段,牙体预备是口腔修复龋齿的必要治疗环节。传统牙体预备依赖于医生手工操作并结合丰富的临床经验,需要对患龋牙齿进行大量的重复的微细调整。针对上述情况提出采用机器人辅助医生实现牙体预备可有效地提高备牙质量和口腔治疗的效果。通过分析医生预备过程的操作特点,确定后牙全冠预备的具体需求,明确牙体预备机器人的设计要求;利用曲面映射关系构造曲面片的约束条件进而确定预备体曲面上的型值点,并依据牙齿之间的相邻关系和功能将功能尖斜面分为3个曲面,基于NURBS曲面完成了3个曲面的插值;根据曲面的型值点和曲面片特征,基于等参数法实现了牙体预备机器人的备牙轨迹规划。设计并研制了牙体预备机器人的虚拟样机和物理样机,并进行了牙体预备实验研究,各个特征点在XYZ方向上的最大的相对定点误差分别为023、015和097 mm,系统误差的置信区间均稳定在03 mm以内。在不同方向下的各个特征点的随机误差相关性较弱,验证了备牙轨迹规划方法的正确性和机器人牙体预备的可行性。 .txt     

一种简易自动排水控制器的制作

海上空气潮湿,经空气压缩机产生的压缩气体含水量较大,对用气设备造成不良影响。介绍了一种简易气路自动排水控制器的组成及工作原理。     

基于遗传算法的直角坐标式排牙机器人路径规划

针对多目标抓取的直角坐标排牙机器人的路径规划问题,研究了直角坐标排牙机器人的结构及抓取V型块的过程,按照最短行程的标准提出了优化问题,建立了实体的数学模型1,参考典型的TSP问题型将目标问题转化成类似TSP(traveling salesman problem)问题,并将模型1转化成抽象的数学模型2,并采用遗传算法的相关理论进行了求解,求解出了收敛的最优值,找到了最优的路径,具有充分的可行性.     

多操作机排牙机器人的下位机控制系统设计

为了满足多操作机排牙机器人实现人类全口义齿排牙对实时性和准确性的需要以及解决对大批量步进电机进行控制的难题,提出采用主从式单片机控制方案,开发了基于MSP430单片机的多操作机排牙机器人下位机控制系统。详细介绍了多操作机排牙机器人的结构及工作过程、多操作机排牙机器人下位机控制系统的硬件实现和软件系统。实验结果表明,该控制系统设计合理,具有控制精确、开放性好、可靠性高等优点。     

垂直关闭曲与Omega曲组合正畸弓丝矫治力建模及实验研究

目前临床正畸治疗过程主要依赖医师经验,所施加矫治力大小难以量化。而在弓丝末端弯制Omega曲可以对同弓丝弯制的垂直关闭曲实现持续及多次加力的效果,减少医师和患者的临床治疗时间,提高正畸治疗效率。为了量化垂直关闭曲与Omega曲组合正畸弓丝在正畸过程中所产生的矫治力,分析一丝多曲组合正畸弓丝的受力特征,并基于梁微形变原理和相互作用力原理,建立垂直关闭曲与Omega曲组合正畸弓丝的矫治力力学模型。探究一丝多曲组合正畸弓丝弯制参数对矫治力的影响规律。通过构建一丝多曲组合正畸弓丝的三维模型和矫治力测量实验平台,进行有限元仿真分析和实验测量。将力学模型计算得到的计算数据和仿真分析得到的仿真数据分别与基于一维力传感器的矫治力测量实验得到的实验数据进行相关性分析,得到计算数据与实验数据的相关性系数ξ_T≥98.192%,仿真数据与实验数据的相关性系数ξ_A≥97.34%,验证了所建立力学模型的准确性及仿真模型和仿真过程的可靠性。该力学模型和仿真模型能够辅助医师安全、高效的设计个性化正畸弓丝,为正畸弓丝的应用提供理论依据,并进一步为临床数字化正畸治疗奠定基础。     

个性化正畸弓丝成形规划方法及实验研究

传统手工弯制正畸弓丝弯制效率低、弯制精度不高，使用正畸弓丝弯制机器人弯制正畸弓丝能够克服上述缺点。根据临床上正畸医师常用的牙位标识方法对牙位进行了标识，使用贝塞尔曲线量化正畸弓丝在三维空间内的形状、位置和约束关系，采用插补的方式以离散的运动形式表达连续的状态，以实现正畸弓丝空间曲线的弯制，提出了基于有限点展成法的成形控制点的规划方法以及基于投影面角度合成的空间角度规划方法。通过对一例临床患者一组上颌的三维节点信息进行正畸弓丝弯制实验研究，证明了正畸弓丝机器人弯制方法的有效性。     

斜尖针穿刺软组织建模及针尖轨迹预测

在经皮穿刺过程中,当带斜尖的针穿刺软组织时,针与其周围组织相互作用,导致针体产生弯曲变形,针尖偏离预定方向,进而直接影响穿刺手术的定位精度。将针穿刺软组织的过程视为准静态过程,并进行离散化,建立针-组织相互作用模型。在该模型中,考虑到软组织的非线性与各向异性,将针视为由一系列非线性弹簧支撑的悬臂梁,且各点的弹簧刚度彼此不同。建立针-组织相互作用中的摩擦力及切割力模型,借助于穿刺实验,将穿刺力分解为摩擦力和切割力,进而获得力模型中的各个参数。基于虚拟非线性弹簧模型和穿刺力模型,根据最小势能原理,采用瑞利-里兹法预测针的偏转,进而获得进针过程中针尖的轨迹。仿真及实验结果表明,该模型能够精确地预测针尖位置,为穿刺路径规划提供理论依据。     

个性化正畸弓丝曲线交互调整方法研究*

数字化医疗技术是口腔正畸领域发展的必然趋势,临床上开始使用正畸弓丝弯制机器人技术辅助弯制正畸弓丝,而正畸弓丝的数字化表达是机器人弯制的前提。由于人类牙齿排列的个性化,弓丝形状设计的复杂性,难以实现精确地个性化正畸弓丝曲线数字化表达。提出一种个性化正畸弓丝曲线交互调整的设计方法,根据托槽上的基准点坐标,定义了正畸弓丝曲线的托槽直线段和过渡曲线段,过渡曲线段由3阶Bezier曲线数学模型构建。参考手工弯制正畸弓丝的过程,基于离散和组合的方式建立了正畸弓丝特殊功能曲的参数化数学模型及数学模型库。通过对托槽直线段的位置调整、过渡曲线段的形状改变、选择插入特殊功能曲的位置和类型的方式,进行了个性化正畸弓丝曲线交互调整方法的研究。基于LABVIEW软件平台设计了交互调整的软件,并进行调整实验,其结果证明个性化正畸弓丝曲线交互调整的方法具有可行性和有效性。     

柔索驱动的玻璃幕墙清洗机器人研制及实验研究

玻璃幕墙由于保温防潮性能好、实用美观,在城市建筑物中被广泛采用.但是目前对于玻璃幕墙的清洗,还主要是采用人工吊篮作业,工人劳动强度大、危险性高、效率低.受蜘蛛在空中拉动吐丝实现移动的启发,研制了一种由2根柔索驱动的玻璃幕墙清洗机器人.介绍了机器人的基本结构组成,设计了采用蜗杆减速器实现自锁保护功能、多槽主从动辊轮增大绳索摩擦力的机器人驱动部分,由储水罐、控制阀、喷头、清洗刷组成的清洗部分,以及由旋翼实现的机器人墙壁吸附部分.进行了机器人的工作空间计算、机器人运动时柔索收放控制分析和旋翼工作时机器人的受力分析.最后基于双柔索驱动的玻璃幕墙清洗机器人模型样机,进行了沿给定轨迹移动的实验和清洗实验.实验证明机器人满足了设计功能,达到了满意的清洗效果,结果验证了该模型样机的有效性和实用性.