基于力反馈的脊柱外科机器人系统的设计与实现

本文针对脊柱椎管狭窄症减压手术中椎管壁磨削不安全这一问题,介绍一种基于力反馈控制策略的脊柱外科机器人系统,包括监控磨削过程的检测子系统、完成磨削手术操作的运动驱动子系统和再现磨削信息状况的控制显示子系统。利用脊柱磨削手术过程中磨削力的变化特点,提出基于力反馈的脊柱外科机器人控制策略,辅助医生实现安全的脊柱手术操作。最后通过仿真实验和模拟骨实验,验证了此基于力反馈控制策略的脊柱外科机器人系统的可行性。     

虚拟手术力反馈装置反馈力内模控制

时滞和虚拟环境模型参数的变异性影响到虚拟手术力反馈系统的性能。在分析系统模型的基础上设计内模控制器,控制器直接置于系统前馈通道而无需增加闭环,控制更加易于实现,实验结果验证了该算法的有效性。     

具有简单孔洞结构柔性体的力/触觉框架模型

针对具有简单孔洞的柔性体提出了一种基于框架结构的力/触觉变形模型。此模型以外力接触端为公共端,根据内部孔的位置和形状构建框架。整体框架由一个或多个钢架组成,每根钢架可为单杆件或多杆件结构。当外力作用时,运用虚功原理和Bernoulli-Euler定理求得钢架节点和虚拟固定端的变形位移,从而得到框架的变形,通过框架变形插值求解柔性体全局变形。实验结果表明,该模型方法简单,实时性好,在具体的虚拟建模力反馈工作中可操作性强。     

血管介入手术器械运动控制系统

医学教育是非常重视实践操作的,没有临床实践就不能培养出合格的医生。现代医学人才培养的瓶颈之一就是学生被迫远离了临床真实环境下的操作练习,特别是血管内介入治疗这种要求高精确度的手术技术。为了配合用于介入手术培训的血管介入手术模拟教学系统,自主开发了一套血管介入手术器械运动控制系统。该系统能够将介入手术器械导丝的位移信号发送给上位机,准确描述上位机软件系统中虚拟导丝的位移,实现同步运动。同时导丝受力反馈装置的设计能够模拟导丝在血管中运动时遇到的阻力,提供良好的手感,达到真实医学培训目的。     

力反馈陀螺解调线路设计

自动驾驶仪采用速率陀螺作为角速率敏感元件,该速率陀螺方案通过速率积分陀螺仪和力反馈回路实现.介绍了力反馈回路及采样电路的设计,对其中各个环节进行了分析.     

力反馈陀螺解调线路设计

自动驾驶仪采用速率陀螺作为角速率敏感元件，该速率陀螺方案通过速率积分陀螺仪和力反馈回路实现。介绍了力反馈回路及采样电路的设计，对其中各个环节进行了分析。     

虚拟手术中的局部动态质点-弹簧模型

在虚拟手术系统中,软体形变是当前的研究热点之一,其应用的物理建模模型主要有质点-弹簧模型,有限元模型等.为缩短计算时间,提高实时性,在质点-弹簧模型的基础上,提出了一种基于力反馈的局部动态质点-弹簧模型.在模型载入的预处理阶段建立软体各质点的网络结构,发生碰撞时,检测碰撞点,以碰撞点为原始点,快速搜索相关网络,根据施加力度大小建立形变区域,计算形变区域中所有质点的位移状态使软体产生形变.该方法由于形变计算只涉及形变区域,并且在预处理阶段建立质点的相关网络,依据力度大小动态形成形变区域,所以提高了计算效率,更好的实现了软体形变仿真.     

电动静液作动器的高精度力反馈估计研究

静摩擦、齿隙和漏油会降低电动静液作动器反向驱动的性能,针对这一问题,对EHA模型进行了研究,提出了一种基于3种控制器组合的高精度力反馈估计方法。首先,通过使用反馈调制器来补偿静摩擦,并使用齿隙和漏油补偿器(不需要任何模型)来抑制电机侧和负载侧的相对速度;然后,提出了一种由压力传感器和编码器组成的力反馈观测器;最后,在由液压作动器和1自由度机械臂组成的实验装置上进行了实际测试。研究结果表明:相比于传统压力传感器,所提力反馈观测器获得的反作用扭矩均方根误差可降低3.34 N·m,可以十分精确地估计力反馈。     

基于FreeForm系统的玩偶设计开发

传统的玩偶玩具设计基于油泥雕刻的方法,作者研究了一种基于"虚拟油泥"和"力反馈技术"的全新三维建模工具--触觉式虚拟设计系统FreeForm,概述了其基本设计原理和核心技术,详述了使用FreeForm系统设计开发玩偶玩具的具体过程,最后对比传统方法总结出FreeForm系统在玩具开发设计中具有造型任意、人机交互良好、设计过程绿色化、设计过程可逆等诸多优势.