一种基于面结构光的刀具三维测量系统

提出一种基于面结构光的刀具三维测量系统。该系统由计算机、CCD摄像机、投影仪以及刀具转台组成。采用多频外差相移法对刀具包裹相位进行展开,并得出刀具的绝对相位。基于张正友标定法,提出采用50%灰度棋盘格和黑白棋盘格对CCD摄像机-投影仪标定的方法。在系统标定的基础上对刀具进行三维测量实验,得出刀具的三维点云,并重建出刀具的三维模型。实验结果表明,该系统能够准确的对刀具进行三维测量,为其他复杂刀具的测量奠定基础。

基于模糊PID算法的高精度转台控制系统研究

以高精度转台控制系统为研究对象,围绕其控制框架与策略,提出基于模糊PID的直接闭环控制方法。建立步进电机模糊PID控制模型,对系统进行MATLAB仿真分析,验证了模糊PID控制在步进电机直接闭环控制系统中的优越性;为了解决传统控制方式中步进电机丢步、转台启动抖动和运行漂移等问题,以绝对光栅尺位置误差和误差率作为输入量进行了闭环模糊PID控制,进一步减小了误差。实验结果表明:该方法在提高回转定位精度方面具有显著的优势,同时保证了系统的可靠性。

一种康普顿光源柔性激光反射镜架的结构设计

设计了一种应用于康普顿光源激光光路精密调节系统的柔性激光反射镜架。该柔性激光反射镜架采用压电陶瓷电机驱动,通过机构中单自由度柔性铰链的弹性变形实现反射镜沿经度和纬度方向的两个转动自由度,实现对激光束入射角的精确调节。首先基于机构伪刚体模型,分别构建了机构运动学模型和输出刚度模型;然后利用有限元分析工具对机构理论位移和应力分布进行了仿真分析;最后利用视觉检测对镜架的可调节范围进行了实验验证。实验结果表明其经纬方向调节范围均在1.2°以上,柔性镜架各项参数设计合理,满足康普顿光源调节系统要求。

基于面结构光投影法的刀具轮廓尺寸非接触测量技术研究

针对刀具的几何形状和轮廓尺寸对刀具的使用寿命和产品的加工质量有直接影响,提出采用面结构光投影法对刀具轮廓尺寸进行非接触测量,该方法不仅可以准确获得刀具轮廓的深度信息,同时能直观反映出刀具表面本身有无缺陷。文中开展了面结构光投影法的测量原理、测量系统的数学模型以及刀具点云拼接方法的研究,给出了刀具转台坐标系与摄像机成像坐标系间的转换关系。以通用的麻花钻头为例进行实际测量,实验结果表明:该方法可以很好地获取钻头的几何形状及轮廓尺寸,其测量误差在0.07 mm左右,可行性较高。

康普顿光源精密调节镜架机构的设计与分析

为弥补国内航天探测中用于探测器标定的γ源单色性差、能量覆盖范围小等缺陷,设计了一种康普顿光源精密调节镜架。该镜架由压电陶瓷电机驱动,通过柔性铰链的柔性变形传递运动,对激光入射角进行精密调节,实现激光束与高能电子束精确对撞,从而获得峰值能量连续变化的γ粒子。利用伪刚体模型理论对该镜架进行建模,分别得到了该机构沿纬度方向和经度方向的刚度模型和位移模型,结合有限元仿真,对位移理论模型和镜架中应力分布规律进行了分析,其结果验证了机构参数选择的合理性。最终得到了经度、纬度方向调节范围均为1.12°、定位精度不小于6×10-4°的精密调节镜架。

改进粒子群算法的工业机器人几何参数标定

针对传统粒子群(PSO)算法在解决工业机器人几何误差标定问题中存在的收敛速度慢的缺点,提出了一种基于两段式的动态粒子群算法(LDPSO-BT)。用Denavit-Hartenberg方法建立工业机器人的误差模型,将几何误差标定问题转换成对高维非线性方程的求解;对粒子群数目进行线性递减,同时针对算法求解过程中粒子数目线性递减的特点,在改进粒子群算法迭代后期采用改进的搜索模式,对传统粒子群的速度迭代公式进行改进;仿真实验对比了工业机器人几何误差标定前与标定后两种算法的末端定位精度。实验结果表明:在采用粒子群算法辨识工业机器人实际几何参数的过程中,粒子群数目对算法的迭代时间有重要影响,通过线性递减的方式减少粒子群的粒子数目可以有效地减少工业机器人几何误差标定时间,同时在粒子群算法迭代后期采用改进的速度迭代公式可以确保收敛精度。与传统粒子群算法相比,使用改进后的粒子群算法,不仅可以有效减少工业机器人的定位误差,而且还拥有更高效的迭代效率。

栓塞剂智能注射系统注射流速决策方法研究

介入栓塞治疗广泛用于肿瘤靶向治疗、抗器官功能亢进和止血等手术。栓塞剂注射过程中,医师需要在X线照射环境下工作;而且,栓塞剂注射操作很大程度上依赖于医生的经验与手感,栓塞剂的过量注射会导致反流,造成异位栓塞并引发严重的并发症。作为降低射线照射、提高介入栓塞治疗成功率的有效手段,栓塞剂注射机器人受到高度期待,但如何决策栓塞剂的推注流速,是一个尚待解决的问题。本文在流体力学仿真和实验的基础上,建立了可避免反流的平均动脉压-注射流速边界曲线模型,为栓塞剂智能注射系统的控制提供了设计依据,并且搭建了注射系统的体外实验平台,进行了验证实验。结果显示,在反流临界流速曲线模型的引导下设计的栓塞剂注射流速曲线,可有效避免栓塞剂反流,同时缩短栓塞剂注射时间,超出该模型的流速限制将引发正常血管被栓塞的风险。本文确认了依据反流临界流速曲线设计栓塞剂注射流速的有效性,可在实现栓塞剂的快速注射的同时避免反流,为栓塞剂注射机器人的设计提供了依据。