一种鼻内窥镜虚拟手术仿真系统

介绍了一种用于耳鼻咽喉科医生手术仿真训练的鼻内窥镜虚拟手术仿真系统。主要讨论了本系统的结构设计、三维重建、碰撞检测、软组织弹性形变和力反馈等方面的技术实现，并对系统的多种浏览模式、虚拟器械和仿真的4类手术作了简要介绍。     

一种力反馈式踏板及其在汽车辅助驾驶系统中的应用

力反馈式踏板(FF)是自适应巡游控制(ACC)汽车辅助驾驶系统的一种有益扩展,使用它可以大大提高汽车驾驶的舒适性和安全性。文章阐述了一种力反馈式踏板(FFP)及其在自适应巡游控制(ACC)汽车辅助驾驶系统中的应用,并给出其硬件在环(Hardware in the Loop)检测自动化,取得了很好的实验效果。     

单自由度康复训练机器人的虚拟环境设计

提出并建立了一个可用于机器人辅助康复训练的虚拟环境.虚拟环境可以提供视觉反馈,将患者控制训练机械臂的运动映射为虚拟环境中的物体的运动,并采用虚拟力势场的方法,通过机械臂为患者提供相应的力反馈.最后,利用单自由度康复训练系统对一名健康男性进行了初步的实验研究.结果表明,该系统可以实现康复训练过程中的视觉和力觉交互,为患者提供暗示和帮助,在康复训练机器人领域有一定的应用前景.     

多自由度遥操作系统控制的波变量法

为了将波变量方法用于多自由度遥操作系统,提出了一种更具一般性的多自由度遥操作系统的波变换公式,并扩展了公式参数的选择原则.首先分析了波变量法的原理,并用波变换矩阵替换波阻抗常数b得到多自由度系统的波变换公式.然后从能量的角度分析了波阻抗矩阵的选择原则,根据此选择原则扩展了波阻抗矩阵的选择方法和矩阵之间的约束关系.接着基于耗散理论,分析了扩展的波阻抗矩阵的无源性.最后以3自由度主从遥操作系统为例,分别进行了仿真实验和机器人遥操作实验,实验结果表明所提出的波变换公式能够保证多自由度遥操作系统在时延条件下的稳定性.     

肝脏虚拟手术中的关键技术研究与实现

对虚拟仿真手术中的图像配准、图像分割、人体器官三维重建以及虚拟切割等关键技术进行了深入的探讨与研究,通过PHANTOM操纵"虚拟手术刀"对肝脏及其内部管道模型进行了仿真切割实验.结果表明,在力反馈设备的基础上进行虚拟肝脏切割手术.仿真手术过程和结果基本符合临床实际情况.     

线控转向系统的转向盘力反馈控制策略研究

线控转向系统取消了转向盘和转向轮之间的机械连接,因而可以根据车况主动提供路感,提高车辆的操纵稳定性.首先研究了转向刚度力矩、由侧向加速度确定的转向盘回正力矩、由轮胎回正力矩确定的转向盘回正力矩、转向阻尼力矩等进行转向盘力反馈的四种力矩.然后,研究了四种组合的转向盘力反馈控制策略及其进行双纽线试验、蛇行试验的性能.结果表明,调整各种力反馈方案的相应参数可以获得低速时的转向轻便性和高速时的良好路感.     

半球谐振陀螺力反馈模式下信号处理方法分析

半球谐振陀螺是一种全固态振动陀螺,力反馈工作模式是其普遍采用的工作模式,而力反馈模式下其信号解调方法对白噪声的敏感度将决定其随机漂移指标。该文就力反馈模式下半球谐振陀螺的信号处理方法对白噪声的敏感度进行了研究,推导了4种信号处理方法(峰值采样解调、开关积分解调、全相位快速傅里叶变换(FFT)解调和相干解调)的计算公式,并采用monte-carlo方法仿真了在白噪声背景下的4种解调方法的性能。结果表明,全相位FFT解调法在不同信号强度下对白噪声均最不敏感,为半球谐振陀螺的信号处理与闭环控制设计提供了理论依据。     

基于神经网络辨识的遥康复系统变增益控制

针对康复训练过程中患者肌肉痉挛会对力反馈遥操作系统稳定性和从机械手速度平滑性产生较大影响的问题,提出了一种新的基于反向传播(BP)神经网络辨识的变增益控制方法.该方法通过BP神经网络实时辨识患肢动力学参数的变化并进行自适应调整控制增益,不仅消除了因患者肌肉痉挛带来的不稳定性,而且减少了其对系统运动平滑性的影响,可提高康复训练效果和起到抑制患者痉挛状态的作用.分析和仿真试验结果表明,该控制方法与传统的控制方法相比,可有效地抑制患者因肌肉痉挛带来的干扰并具有较好的稳定性和平滑性.     

基于力反馈的机械微点样系统研究

机械点样微点阵技术是将生物学、化学、物理学、光学等多项学科高度结合形成的一项交叉技术。合成后点样是制备微阵列生物芯片的主要方法,即将预先合成的生物样品按一定顺序固定于基底上,形成所需阵列。点样方式根据点样针是否与芯片基底接触而分为接触式和非接触式两种。其中因接触式点样方式具有点样操作简单、点样点小且点样中点样样品浪费少等优点而被广泛应用。在接触式点样方式中,常用的通过CCD直接成像分析或者激光共聚焦扫描仪分析方法对点样点进行控制的方式,要么存在分辨率低和灵敏度差的问题,要么存在系统复杂的问题。故本文提出并搭建了一种基于力反馈的微点样系统,既具有较高的灵敏度和分辨率,且系统简单,操作方便。     

一种基于物理意义的快速力反馈形变模型及实时力觉响应算法

虚拟物体在受力作用时的形变建模是虚拟环境中力/触觉人机交互的关键.文中提出了一种新的基于物理意义的形变建模方法,不仅计算速度快,满足力反馈的实时性要求,而且能够同时保证接触力和形变的计算具有较高的精度,适用于具有较大变形量的柔性物体的力反馈计算,满足精细作业对虚拟现实系统的要求.