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State of the art in movement around a remote point:a review of remote center of motion in robotics
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作者 Wuxiang ZHANG Zhi WANG +3 位作者 Ke MA Fei LIU Pengzhi CHENG Xilun DING 《Frontiers of Mechanical Engineering》 SCIE CSCD 2024年第2期1-28,共28页
The concept of remote center of motion(RCM)is pivotal in a myriad of robotic applications,encompa-ssing areas such as medical robotics,orientation devices,and exoskeletal systems.The efficacy of RCM technology is a de... The concept of remote center of motion(RCM)is pivotal in a myriad of robotic applications,encompa-ssing areas such as medical robotics,orientation devices,and exoskeletal systems.The efficacy of RCM technology is a determining factor in the success of these robotic domains.This paper offers an exhaustive review of RCM technologies,elaborating on their various methodologies and practical implementations.It delves into the unique characteristics of RCM across different degrees of freedom(DOFs),aiming to distill their fundamental principles.In addition,this paper categorizes RCM approaches into two primary classifications:design based and control based.These are further organized according to their respective DOFs,providing a concise summary of their core methodologies.Building upon the understanding of RCM’s versatile capabilities,this paper then transitions to an in-depth exploration of its applications across diverse robotic fields.Concluding this review,we critically analyze the existing research challenges and issues that are inherently present in both RCM methodologies and their applications.This discussion is intended to serve as a guiding framework for future research endeavors and practical deployments in related areas. 展开更多
关键词 remote center of motion mechanism ROBOTICS medical robot orientation device EXOSKELETON
原文传递
一种2R1T远中心运动并联机构性能分析及尺度优化
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作者 黄鑫 车林仙 +1 位作者 李杰 杜力 《机械传动》 北大核心 2023年第8期72-82,共11页
与串联机构相比,并联机构具有刚度好、精度高、结构稳定紧凑等优点,适用于外科手术领域。提出一种可用于微创手术本体结构的两转动一移动远中心运动(Remote Center of Motion,RCM)(5R)O C-URR并联机构,具有部分运动解耦特性。建立机构... 与串联机构相比,并联机构具有刚度好、精度高、结构稳定紧凑等优点,适用于外科手术领域。提出一种可用于微创手术本体结构的两转动一移动远中心运动(Remote Center of Motion,RCM)(5R)O C-URR并联机构,具有部分运动解耦特性。建立机构位置分析模型,推导出机构位置逆解表达式;在此基础上,针对微创手术工作任务,定义机构期望工作空间。应用局部运动/力传递性能评价指标,给出机构期望工作空间内平均传递指标定义及计算方法。以平均传递指标最大化为目标,建立机构尺度参数约束优化模型,并应用加速灰狼优化(Accelerating Grey Wolf Optimization,AGWO)算法求解该问题。数值实例测试显示,AGWO算法求解约束优化问题的综合性能优于对比算法。机构优化设计结果表明,给出的优化模型和算法可行有效。研究结果为该机构的实际应用奠定了理论基础。 展开更多
关键词 并联机构 远中心运动 传递性能评价指标 尺度优化 灰狼优化算法
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腹腔微创手术机器人远心机构多目标优化
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作者 牛国君 冯帆帆 《机械与电子》 2023年第3期39-43,49,共6页
机器人辅助微创手术需要借助多条远心机构协调工作,为避免在微创手术中多个远心机构发生碰撞,提出含有1个冗余旋转自由度的平行四边形机构,使其在手术过程中保持戳卡切口点不动,调整远心机构姿态避免发生碰撞。为获得综合性能较优的冗... 机器人辅助微创手术需要借助多条远心机构协调工作,为避免在微创手术中多个远心机构发生碰撞,提出含有1个冗余旋转自由度的平行四边形机构,使其在手术过程中保持戳卡切口点不动,调整远心机构姿态避免发生碰撞。为获得综合性能较优的冗余远心机构,提出一种含有4个优化目标函数(运动学、刚度、紧凑性和动力学性能指标)、1个约束条件(质量约束)和3个优化变量(2个连杆长度和关节夹角)的多目标优化模型,应用多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解上述问题。 展开更多
关键词 微创手术 平行四边形远心机构 冗余机构 遗传算法 多目标优化
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双平行四杆型远程运动中心机构的设计 被引量:16
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作者 宗光华 裴旭 +2 位作者 于靖军 毕树生 孙明磊 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第12期103-108,共6页
双平行四杆型远程运动中心机构作为腕部结构广泛应用于微创手术辅助机器人中,可为手术工具提供一个相对固定的插入点。基于这个特点,通过型综合给出这类远程运动中心机构的10种可能构型。通过杆件的弯折可以合理地安排虚拟转动中心的位... 双平行四杆型远程运动中心机构作为腕部结构广泛应用于微创手术辅助机器人中,可为手术工具提供一个相对固定的插入点。基于这个特点,通过型综合给出这类远程运动中心机构的10种可能构型。通过杆件的弯折可以合理地安排虚拟转动中心的位置,并为末端执行器和驱动电动机留出安装的空间。根据设计需求,使用6个参数完全确定机构连杆长度尺寸,并说明了这些参数的物理意义。分析受力和结构刚度用来决定杆件断面参数,使设计的机构体积小,重量轻。对整个机构进行驱动力矩估算以便选择合适的电动机,并指出对于一个双平行四杆型远程运动中心机构,可以使用一个配重使其平衡。最后给出应用实例说明了该机构的可行性和有效性。 展开更多
关键词 远程运动中心机构 型综合 平行四杆
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眼科显微手术机器人研究进展及关键技术分析 被引量:14
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作者 肖晶晶 杨洋 +2 位作者 李大寨 黄龙 张雷雨 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期15-22,共8页
部分眼科手术由于人类生理颤抖及精细操作限度,手术成功率较低,成功完成手术任务必须融合机器人技术。为促进我国眼科机器人技术的研究和发展,在论述眼科机器人研究意义的基础上,总结国内外眼科手术机器人的研究进展。对研究眼科机器人... 部分眼科手术由于人类生理颤抖及精细操作限度,手术成功率较低,成功完成手术任务必须融合机器人技术。为促进我国眼科机器人技术的研究和发展,在论述眼科机器人研究意义的基础上,总结国内外眼科手术机器人的研究进展。对研究眼科机器人所涉及的机器人机构设计、微力感知与控制、眼组织的生物力学建模、约束空间运动规划、精密运动控制等关键技术进行了详尽的分析。在总结角膜移植手术机器人研究成果及分析眼内手术机器人关键技术的基础上,指出今后的发展方向、研究思路和面临的挑战,包括末端操作器的集成、新型手术器械的开发等,阐述将眼科手术辅助机器人应用于临床仍需要解决的问题。对于医疗外科机器人及相关的研究工作,具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 眼科手术机器人 远程运动中心点机构 微力控制 约束运动规划 生物力学建模
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一维远程运动中心机构的型综合 被引量:11
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作者 裴旭 于靖军 +1 位作者 毕树生 宗光华 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期144-148,共5页
一维远程运动中心机构的型综合是研究多自由度远程运动中心机构构型的基础。现有的远程运动中心机构的形式有限,需要一种有效的方法构造出新的远程运动中心机构。对现有一维远程运动中心机构形式进行分类综合,给出了现有一维远程运动中... 一维远程运动中心机构的型综合是研究多自由度远程运动中心机构构型的基础。现有的远程运动中心机构的形式有限,需要一种有效的方法构造出新的远程运动中心机构。对现有一维远程运动中心机构形式进行分类综合,给出了现有一维远程运动中心机构的五种类型:基于单个转动副、平面弧形滑轨、平行四杆、等比同向传动以及其他非严格意义上的远程运动中心机构。通过引入涵盖范围更广的平面虚拟中心机构,提出一种将两个虚拟中心机构组合构造新型一维并联型远程运动中心机构的型综合方法。这种方法也适用于混联型远程运动中心机构的构型综合。针对不同的虚拟中心机构形式给出了具体实例,得到若干新构型,证明了型综合方法的有效性。 展开更多
关键词 远程运动中心机构 型综合 虚拟中心机构
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1R1T远程运动中心机构的型综合 被引量:10
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作者 黄龙 杨洋 +1 位作者 苏鹏 肖晶晶 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第13期131-136,共6页
多自由度远程运动中心机构是微创手术机器人的关键部分之一。现有的远程运动中心机构通常采用直线运动单元实现器械沿轴线的移动,这种方式占用末端空间大,容易发生干涉。基于仿图仪机构提出一种末端紧凑型1R1T远程运动中心机构的型综合... 多自由度远程运动中心机构是微创手术机器人的关键部分之一。现有的远程运动中心机构通常采用直线运动单元实现器械沿轴线的移动,这种方式占用末端空间大,容易发生干涉。基于仿图仪机构提出一种末端紧凑型1R1T远程运动中心机构的型综合的新方法,这类1R1T远程运动中心机构可用于构造更高自由度的远程运动中心机构。依据仿图仪机构所属几何变换对其进行分类,并定义仿图仪机构之间的等价关系。通过结合两个相互等价的仿图仪机构,提出刚体运动跟踪机构的概念。在此基础上提出一种1R1T远程运动中心机构的型综合方法:通过刚体运动跟踪机构将1R1T机构中输出连杆的运动模式复制到远端,从而构成1R1T远程运动中心机构。通过该方法得到若干适合微创手术机器人的新构型。 展开更多
关键词 远程运动中心机构 仿图仪机构 刚体运动跟踪机构 型综合
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基于计算力矩法的眼内手术机器人的重力补偿 被引量:5
8
作者 陈翔 黄龙 杨洋 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第6期1231-1238,共8页
为了提高一种具有远程运动中心(RCM)机构的眼内手术机器人的定位精度和稳定性,在建立机器人坐标系的基础上,通过动力学等效,对机器人各构件质心瞬态位置进行分析。根据拉格朗日方程建立机器人动力学模型。提出基于计算力矩法的重力补偿... 为了提高一种具有远程运动中心(RCM)机构的眼内手术机器人的定位精度和稳定性,在建立机器人坐标系的基础上,通过动力学等效,对机器人各构件质心瞬态位置进行分析。根据拉格朗日方程建立机器人动力学模型。提出基于计算力矩法的重力补偿方法。在此基础上,通过MATLAB/Simulink软件对重力补偿模型进行仿真。比较独立比例微分(PD)控制方法及重力补偿方法的各关节运动响应曲线,表明重力补偿模型可有效补偿重力项;同时,分析重力补偿模型响应曲线与期望曲线的误差,证明重力补偿模型具有较高的补偿精度和可行性。 展开更多
关键词 远程运动中心(RCM)机构 眼内手术机器人 动力学 计算力矩法 重力补偿 SIMULINK仿真
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微创手术机器人远程运动中心机构的设计和实现
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作者 曹莹瑜 张坚 +1 位作者 崔立成 王国帅 《北京石油化工学院学报》 2015年第4期50-54,共5页
在对微创手术的作业要求及运动自由度等参数分析的基础上,提出了一种新型的RCM机构方案并对其进行详细的机械结构设计;运用D-H法进行机械臂的正运动学求解,并以此绘制机械臂的工作空间;基于对微创手术过程的分析,利用三维软件UG对远程... 在对微创手术的作业要求及运动自由度等参数分析的基础上,提出了一种新型的RCM机构方案并对其进行详细的机械结构设计;运用D-H法进行机械臂的正运动学求解,并以此绘制机械臂的工作空间;基于对微创手术过程的分析,利用三维软件UG对远程运动中心机构典型运动过程进行了虚拟仿真,并用有限元分析软件ANSYS对重要部件进行强度分析。实验结果表明,所设计的远程运动中心机构能够较好地完成手术规划,满足微创手术要求。 展开更多
关键词 微创手术机器人 RCM机构 结构设计 运动学
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一种用于眼内手术的混联机构设计与运动学分析 被引量:1
10
作者 杨洋 陈子路 +2 位作者 广晨汉 郑昱 林闯 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期36-44,共9页
为利用机器人实现眼内手术操作所需的远程运动中心(Remote center of motion,RCM)运动模式,提出了一种新型六自由度混联机构(RP+PPRRP/PPRR)。首先受U副结构形式的启发,利用两组RPPRP平面五杆机构单元重构出PPRRP/PPRR并联构型。根据螺... 为利用机器人实现眼内手术操作所需的远程运动中心(Remote center of motion,RCM)运动模式,提出了一种新型六自由度混联机构(RP+PPRRP/PPRR)。首先受U副结构形式的启发,利用两组RPPRP平面五杆机构单元重构出PPRRP/PPRR并联构型。根据螺旋理论计算该机构的自由度,并分析自由度性质,从而确认机构对RCM运动模式的兼容性。利用坐标变换方法建立机构的正运动学模型以及包含RCM参数(算法)的逆运动学模型。然后基于机构构型,设计、构建了物理样机。最后采用主从控制方式进行物理样机运动实验,验证运动学模型(算法)的正确性以及机构对眼内手术的适配性。 展开更多
关键词 眼内手术 混联机构 运动学分析 远程运动中心
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机器人在眼科手术中的应用及研究进展 被引量:11
11
作者 贺昌岩 杨洋 +1 位作者 梁庆丰 韩少峰 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2019年第2期265-275,共11页
首先分析了典型的眼科手术操作,提出了眼科机器人设计的一般要求.然后,从机器人系统和手术器械两方面出发,介绍了国内外眼科机器人的研究进展.最后,总结了当前眼科机器人系统的关键技术,包括眼组织生物力学分析、机构设计、多维信息传... 首先分析了典型的眼科手术操作,提出了眼科机器人设计的一般要求.然后,从机器人系统和手术器械两方面出发,介绍了国内外眼科机器人的研究进展.最后,总结了当前眼科机器人系统的关键技术,包括眼组织生物力学分析、机构设计、多维信息传感以及精密运动控制技术,并分析了发展趋势. 展开更多
关键词 眼科手术机器人 智能手术器械 眼组织生物力学分析 RCM(远程运动中心)机构 多维信号传感 精密运动控制
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基于远程运动中心机构的动力髋离断假肢的设计与仿真 被引量:1
12
作者 段崇群 李新伟 +2 位作者 何秉泽 邓志鹏 喻洪流 《生物医学工程学杂志》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期549-555,562,共8页
传统髋离断假肢转动中心常置于接受腔前下方而与健康侧髋关节转动中心位置不对称,导致假肢运动与健康下肢运动对称性差;且多数为被动关节,需要依靠截肢者代偿提髋动作实现假肢运动,同样的行走运动相比正常人需要多消耗2~3倍的能量。本... 传统髋离断假肢转动中心常置于接受腔前下方而与健康侧髋关节转动中心位置不对称,导致假肢运动与健康下肢运动对称性差;且多数为被动关节,需要依靠截肢者代偿提髋动作实现假肢运动,同样的行走运动相比正常人需要多消耗2~3倍的能量。本文提出一种基于远程运动中心(RCM)机构的动力髋离断假肢(HDPs)。采用双平行四边形设计方法,以机构的最小尺寸为目标,利用遗传算法进行尺寸优化,实现了假肢旋转中心与健康侧下肢旋转中心相对称;通过分析人体行走过程中髋关节力矩和角度关系曲线,控制系统镜像健康侧下肢运动参数,利用并联驱动器系统为假肢提供助力。在建立的SolidWorks、ADAMS虚拟样机联合仿真平台上进行髋离断假肢的运动仿真并得到变化曲线,通过与健康下肢、传统假肢量化对比,分析设计方案的科学性。结果显示,本设计能够实现预期的效果,设计方案具有可行性。 展开更多
关键词 髋离断假肢 远程运动中心 遗传算法 运动仿真
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