螺旋轮驱动的细小管内移动机器人研究

螺旋轮驱动的管内机器人是一种适合小口径管内移动作业的微小机器人形式。它由动力内置式螺旋运动机构和 Ｃ Ｃ Ｄ 摄像头／ 监视装置组成。本文分析了这种移动机构的运动和力学性能。经过对原理样机的试验测试，得到移动性能的实验数据，为开发适应φ２０ｍ ｍ 管径的螺旋运动机构提供设计依据。

渐进式内窥镜形状的感知和重建

给出并分析了一种内窥镜镜体形状感知系统,特别是给出了曲率传感头的检测原理,及介入装置和控制子系统的设计。将中心波长为1539.234nm和1538.882nm的两根布拉格光纤光栅(FiberBraggGrating)封装在细径基材上,构成直径为3mm应变测量传感器。在介入装置作用下,传感器沿内窥镜活检钳道按平均速度30mm/s间歇式推进,并在介入过程中,每隔50mm等间隔距离采样传感器上的Bragg波长变化值,推算出各点的应变和空间曲率信息。最终运用基于离散点曲率信息的空间曲线拟合方法重建内窥镜镜体的空间形状。实验结果表明:系统原理的可行性,对圆形实验模型的测试表明,传感器插入1000mm后其末端在x、y和z方向上的误差分别为0.5mm、0.8mm和-3.4mm。同时也表明:介入人体的肠道内窥镜形状显示可极大地提高内窥检查安全性。

非开挖地下管线探测中的弯曲变形检测装置研究

提出了一种新型的利用光纤光栅传感器进行管线弯曲变形检测的方法。将两根布拉格光纤光栅成90°粘贴在一种细径弹性基材上,形成直径5 mm的弯曲变形测量传感器。然后将传感器封装在特殊的定心机构里面,初步解决了传感器检测过程中的定心和卸载问题。通过标定,得到两根布拉格光纤光栅中心波长变化值与传感器弯曲曲率的比例系数分别为524.0 733 和485.7 432。定心机构带动传感器沿被检测管线间歇式前进,在前进过程中,用光纤光栅解调仪每隔50 mm等间隔点上采样传感器的波长读数,经计算得到相应各点的应变和空间曲率信息。然后运用基于等距离离散点曲率信息的空间曲线重建方法重建出管道的空间位置形状。

微小管道涡流检测机器人系统研究

微小机器人系统 Tubot II型是适应 2 0 mm管道内缺陷的自动探测系统 ,它由一个两级计算机控制的管内移动机构携带涡流探头 ,外加涡流分析仪和记录设备等组成 .本文专述 Tubot II系统设计、关键技术和性能试验 .这套机器人系统经产品化开发后可望应用于诸如核电、化工、制冷和公用事业等的非磁性金属管道的定期检查 .

六足爬壁机器人过渡行走运动规划

过渡步态规划是实现多足爬壁机器人从地面向壁面自动行走的关键问题之一，对于在其它相交面间的自动行走也不可缺少．这里，探讨了一种将复杂的过渡行走运动用两个较易实现的简单部分—“单足跨步运动”和“机身俯仰运动”来组合完成的方法．并通过计算机图形仿真验证了上述方法的可行性和有效性．

微小机器人移动机构研究

对压电陶瓷激励振动框架式微小机器人移动机构进行了研究，用实验方法测定了不同粗糙度表面以及激励信号的频率、波形、电压幅值对移动性能的影响，用有限元分析方法得到了系统的固有频率和振型。

考虑实际约束的机器人地壁过渡运动研究

探讨了三自由度新型足掌机构实际约束的特殊性，提出了简化过渡运动规划建模“假想拆掌法”和“虚拟面”概念和方法．对规划目标和影响因素进行了一定的分析．通过实际算例的计算机仿真，验证了椭圆轨迹交替三足过渡步态行走策略的可行性．

用多肢体化实现步行机器人的自位机能

实现自位功能是改良非结构环境下步行机器人运动性能和提高其自主行走能力的共性问题．本文从多肢体化的角度对步行机器人的自位问题进行了探讨，阐述了具有自位能力的步行机器人的最少机身杆件数和机身杆件间的合理自由度配置方案，分析了机身杆件与腿机构协同工作时的自位行为过程，提出了一种具有自位机能的三肢体六足步行机器人模型．

多吸盘爬壁机构的承载能力和倾覆趋势研究

本文对昆虫式足行程分布的６足爬壁机构行走时不同吸附支撑状态下的静定或超静定力学问题进行分析，求得与支撑形状有关的承载能力解析表达式和当载荷增加时支撑吸盘的脱开趋势．从中发现有时吸盘数量增加反致抗倾覆承载能力下降的特殊现象，通过建立分布式弹簧质量系统模型对这一并不直观的现象进行解释，研究结果有助于提高爬壁步态规划和抗倾覆安全性监控的效率．

多肢体自位移动机器人研究进展

阐述了自位机构原理、多肢体机器人运动动力性能和自位机器人系统样机研究过程中取得的主要进展。研制成的机器人自位机构可望应用于在易倾覆的复杂地形上行走的自主移动机器人中 ,以完成诸如外星考察、地震救灾等作业任务。

一种机器人新型足-掌机构研究和设计

本研究提出了一种适合作为多足爬壁机器人腿的足－掌机构．采用这种足－掌机构的爬壁机器人不仅能够顺利实现地－壁过渡行走，而且有可能适应其他形状的非平壁面（如球面、柱面）．足－掌机构以平面正缩放机构为基础，附加两套四连杆机构实现对掌姿态的主动控制．文中分别讨论了其机构原理、样机的驱动和传动方案。

自动复位机器人系统SRR—Ⅱ:机构与控制

介绍了SRR—Ⅱ移动机器人系统。该系统利用三个车体和按正交方式设置 7个主动关节的方法 ,实现了机器人从仰翻或侧翻状态到正常行走状态的自动复位。讨论了自位原理和机构选型、机械和控制系统设计、样机系统性能试验等。

微小管道探测机器人系统

阐述了在国家高技术研究与发展计划的资助下 ,在研制TubotI、TubotII机器人系统过程中取得的主要进展。该微小管道探测机器人系统由管内移动机构、驱动与控制系统。

柔软管道中机器人蠕动机构研究

机器人主动内窥镜是利用机器人改造传统的纤维内窥镜的技术 ,以减少穿孔率、降低对插入技艺的依赖性和提高检测过程的自动化。作为机器人主动内窥镜的关键部分之一 ,本文探讨基于计算机气动阀控技术的蠕动原理、机构实现和系统实验等。

智能内窥镜视觉导航技术和系统研究

介绍了一种新型的智能内窥镜导航系统.该系统由导航子系统、自主介入子系统和计算机控制子系统等3个子系统组成.导航子系统由计算机视觉引导实现内窥镜的自主导航,视觉导航采用了一种自适应阈值图像分割算法的寻径方法,并通过三维映射计算内窥镜头部偏摆角度;自主介入子系统使用机械手推进机构实现内窥镜镜体的自主介入,并在机械手上安装力传感器实现介入力的监控;计算机控制子系统分析导航子系统提供的数据并控制内窥镜的自主介入.

多足爬壁机器人步态规划和运动仿真

在多足机器人地面行走步态规划理论的基础上，就多足机器人爬壁运动的两个重要方面（壁面步态规划和地－壁过渡运动规划）进行了较为系统深入的探讨，并取得一些重要的研究进展。

压电陶瓷驱动微小机器人移动机构性能实验研究

利用压电陶瓷的电致伸缩效应可以驱动微小机器人移动机构的运动。用金属薄片和压电陶瓷构筑的振动框架式微小移动机构其外型尺寸在１０ｍｍ３以下，重量小于０．７ｇ。本文用实验方法探讨了这种微小机构在不同激励频率、不同信号波形和幅值下的移动性能，为理论建模提供了实证依据。

基于肢体协调的主动型假肢控制方法研究

为了提高主动型髋关节离断假肢的控制质量,研究了一种基于人体上下肢运行协调关系的主动型假肢控制方法。首先采集人体正常行走过程中上下肢运动姿态信息,通过多元回归分析方法建立上下肢运动协调关系模型,然后利用与髋关节离断假肢具有相似关节运动关系的两关节机械腿对假肢控制方法进行实验验证。通过验证,上下肢运动协调关系模型对不同对象的平均适用精度为0.951,机械腿对不同对象的运动步态平均匹配度为0.914,证明了该上下肢运动协调关系模型的普遍适用性和假肢控制方法的可行性。

GRNN在肌电预测踝关节运动中的应用

下肢运动预测对于步行康复机器人患者主动训练控制系统的设计具有重要意义。提出一种基于广义回归神经网络(GRNN)的利用肌电信号预测踝关节角轨迹算法:分别用肌电图仪和三维运动捕捉仪同步采集踝关节做屈伸运动时周围五块肌肉的肌电信号和踝关节角度,并对肌电信号进行特征提取。基于主分量分析的数值算法对肌电数据进行降维,得到肌电主分量信号。基于肌电主分量信号利用GRNN算法预测踝关节角轨迹,用黄金分割搜索算法确定GRNN中的最佳平滑参数σ。采用小波消噪算法对踝关节角预测轨迹进行滤波以提高预测精度。用上述算法对9名志愿者进行实验的结果表明:该方法预测精度较高,与BP神经网络预测算法相比运算时间短且预测误差较小,因而更适用于下肢关节角轨迹的在线预测。

基于阻抗控制的步行康复训练机器人的轨迹自适应

把阻抗控制理论运用到步行康复训练机器人系统中,使用基于位置的阻抗控制模型设计了系统的控制器.提出基于阻抗模型的步态轨迹自适应算法,并分析了系统的误差.在建立的SolidWorks、Matlab、Adams虚拟样机联合仿真平台上进行了主动康复训练的仿真实验,并在实物样机上进行了健康训练者的实验.结果表明,该控制器能够实现机器人根据人机交互作用力的变化不断调整步态轨迹,适应患者的步态要求,并可通过调节阻抗参数改变步态自适应程度和训练的柔顺性,满足患者主动参与康复训练的目的.