基于双耳麦克风实现机器人骨铣削状态自动控制

为了提升骨铣削手术机器人的手术质量,要求机器人对于手术中的铣削状态(主要包括铣削深度和铣削角度)能够实时感知并控制。针对此问题,本文提出一种利用双耳麦克风系统来辅助完成铣削状态控制的方法。首先对铣削状态与声信号的关系进行建模,之后完成铣削深度与铣削角度的标定实验获得所提模型的相关系数,最后利用PD控制器结合所建立的模型函数来实时分析并控制机器人的铣削状态。实验结果表明,铣削期望深度为0.5 mm时,加入角度控制相较于未加角度控制的实验效果在铣削深度与期望值偏差的方面提升了7.0%,铣削稳定性方面提升了34.1%。并且证明在期望深度为0.8 mm的极端情况下引入角度控制同样有着提升铣削效果的积极作用。经过实验验证所提方法能够有效的提升骨铣削手术机器人的工作质量。

微创手术机器人控制策略

在充分分析传统微创技术约束条件的基础上,对主从式微创手术机器人系统的控制策略进行了研究.结合微创手术机器人的运动特点及手术操作需求,建立了运动一致性控制、相对式运动控制及比例控制等控制策略,解决了手术过程中眼手运动不协调、运动比例变化及干涉等问题.基于"MicroHand A"系统,通过实验手段对所建立的控制策略进行了验证.结果表明,所建立的控制策略能够解决传统微创技术在操作上存在的问题,并可使复杂的手术操作变得简单,验证了所建立的控制策略的准确性和有效性.

基于视觉的遥操作机器人精密装配系统

针对遥操作精密装配问题,基于视觉伺服,并通过图形图像叠加等方法,加入了有效的人工辅助措施,很好地利用了人类智能,增强了精密作业系统的鲁棒性和可实现性,并最终实现了遥操作精密装配.

未知环境下移动机器人自主搜索技术研究

将全区域搜索技术与基于动态模板匹配的目标识别方法相结合,提出了一种适用于未知环境的目标物体自主搜索方法,实现了移动机器人在陌生环境下的目标搜索任务.具体而言,移动机器人利用声纳和全景摄像头作为传感器来感知周围环境,并利用模糊逻辑方法来进行局部路径规划,在此基础上通过全区域搜索技术实现对空间的遍历,并采用动态模板匹配方法来实现目标物体的识别及其方位的确定.本文所提出的目标物体自主搜索方法可以从任意位置开始进行,算法对于陌生环境具有良好的适应性.论文最后通过实验结果证实了算法的良好性能.

用于微创外科手术机器人的多维力传感器解耦方法研究

在微创外科手术机器人系统中,力反馈功能的实现可以提高外科医生在手术中的灵活性,降低患者组织和器官损伤的风险。为实现手术过程中力的检测,设计了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的微创外科手术机器人多维力传感器并研究其解耦方法。该多维力传感器由3条间隔120°的光纤布拉格光栅沿轴向粘贴于手术工具杆末端构成。首先在对传感器应力分析的基础上使用最小二乘法解耦,但由于装配等因素使传感器输入输出之间增加了非线性成分,因此使用前馈神经网络对多维力传感器进行非线性解耦。其次从理论和实验两方面分析了穿刺器的平移对解耦之后的力的影响。实验结果表明,前馈神经网络解耦多维力传感器的效果较好,3个相互垂直方向上的平均误差分别为0.05, 0.07和0.18 N;穿刺器平移后力检测的最大平均误差为0.036 N,可以忽略不计。设计的传感器、解耦方法以及对穿刺器平移影响的分析均具有很强的实用性。

Tele-LightSaber——一种高对抗度竞争型网络机器人系统

竞争型网络机器人系统具有交互性强、对实时性要求高等特点.为了研究适用于强交互竞争型网络机器人系统的控制模式和控制方法,本文设计并实现了一种高对抗度的竞争型网络机器人作业Tele-LightSaber,并在此基础上提出了将上层人工遥操作与底层视觉伺服相结合的控制模式.最后,分别利用本文提出的控制模式与传统人工遥操作模式对Tele-LightSaber作业进行控制,实验结果表明,本文提出的控制模式具有更强的实时性以及更小的跟踪误差.

机器人遥操作中的网络传输延迟分析

首先分析了基于Internet的机器人遥操作所面临的网络控制问题,其次提出了对网络传输不确定性延迟问题的解决方案,然后进行了相应的实验,最后分析了该方案的实验结果及得出的结论。

一种基于Bezier曲线的移动机器人轨迹规划新方法

针对移动机器人的轨迹规划问题,提出了一种基于Bezier曲线的有效解决方法。相对于现有轨迹规划方法,此方法所产生的路径长度更短,轨迹所用时间更短。将轨迹规划问题分为路径规划和速度规划两步来解决。采用Bezier曲线光滑连接线段序列进行路径规划以减小路径长度;考虑整条路径的曲率连续性,证明了Bezier曲线的次数至少为5次。以差动轮式机器人为例,产生了满足其运动学和动力学约束的速度命令,使机器人能平稳光滑地跟踪所规划的路径。仿真结果证明了所提方法的有效性。

机器人辅助脊柱微创手术系统设计与实现

研制了机器人辅助定位系统以解决脊柱微创外科手术中的高精度定位问题.分析建立了机器人的运动学模型,设计了一套以TI公司的DSP芯片TMS320LF2407A为核心的控制系统,介绍了该系统平台的工作原理、硬件设计与软件设计.系统已在实际环境下进行试验,满足设计要求.

高速移动机器人的研究现状与发展趋势

机械、电子、计算机的快速发展提高了机器人的发展水平,同时也促进了机器人的多方面研究。作为其中重要的领域,移动机器人向着高速化、高精度、开放化、智能化和网络化的方向不断发展。但目前,国内外对高速下的移动机器人研究还是屈指可数,因此文中针对高速移动机器人进行了现状调研分析,并根据其发展趋势指出待研究的相关问题。

移动机器人自适应视觉伺服镇定控制

对有单目视觉的移动机器人系统,提出了一种自适应视觉伺服镇定控制算法;在缺乏深度信息传感器并且摄像机外参数未知的情况下,该算法利用视觉反馈实现了移动机器人位置和姿态的渐近稳定.由于机器人坐标系与摄像机坐标系之间的平移外参数(手眼参数)是未知的,本文利用静态特征点的位姿变化特性,建立移动机器人在摄像机坐标系下的运动学模型.然后,利用单应矩阵分解的方法得到了可测的角度误差信号,并结合2维图像误差信号,通过一组坐标变换,得到了系统的开环误差方程.在此基础之上,基于Lyapunov稳定性理论设计了一种自适应镇定控制算法.理论分析、仿真与实验结果均证明了本文所设计的单目视觉控制器在摄像机外参数未知的情况下,可以使移动机器人渐近稳定到期望的位姿.

竞争型遥操作机器人系统的研究

针对军事、反恐等领域遥操作机器人特点 ,首次系统地提出竞争型机器人遥操作系统的概念 ,并将其与传统协作型机器人遥操作系统进行比较分析 ,从而得出竞争型机器人遥操作系统的研究重点和特点 .在此基础上 ,构建了一个基于网络的竞争型机器人对弈系统 ,为今后该方向的研究提供了新的思路 .

微操作机器人系统拟实环境的实现

本文实现了一个具有显微图像效果的 2 D增强现实的微操作拟实环境 .文中给出了微操作工具的生成算法和它的运动学建模算法 ,并在虚拟显微镜的实现过程中对操作工具和操作对象的显微图像进行了优化处理 ,实现了对微操作机器人系统的拟实 ,并获得了很好的拟实效果 .该拟实环境可有效地用于实际微操作的预演、再现 ,微操作路径规划及人员培训 .

基于2D三焦点张量的移动机器人视觉伺服镇定控制

针对单目视觉移动机器人系统,本文提出了一种基于二维三焦点张量(2D trifocal tensor,2DTT)的视觉伺服镇定控制方法.具体而言,首先描述了2D三焦点张量的导出过程,并给出了基于图像特征点的估计方法.在此基础上根据2D三焦点张量的元素,设计了一种反馈线性化控制器以实现机器人的位置镇定,以及一种比例控制器来实现姿态镇定,因而在场景信息与平移信息均未知情况下完成了移动机器人的视觉镇定控制.通过理论分析证明了本文设计的镇定控制算法具有指数收敛性能.相比现有方法,这种基于2D三焦点张量的方法在图像特征识别方面具有更强的鲁棒性,并且在平面场景与立体场景情况下均适用.最后利用仿真与实验结果验证了本文提出的视觉伺服方法的优良性能.

飞机蒙皮检查机器人系统研究

研究了飞机蒙皮检查机器人的系统结构及相关关键技术.提出了针对非对称异型飞机蒙皮表面的爬行机器人的总体结构和关键部件,对机器人作业过程中的吸附、运动及检测功能进行了分析,并给出了感知和运动控制系统的结构.研究了基于轨迹线性化理论的机器人路径跟踪控制算法,用于补偿由于驱动单元引起的误差.给出了基于视觉的飞机铆钉裂纹缺陷分类与识别方法.试验结果验证了算法的有效性.

基于RGB-D信息的移动机器人SLAM和路径规划方法研究与实现

移动机器人在各种辅助任务中需具备自主定位、建图、路径规划与运动控制的能力。本文利用RGB-D信息和ORB-SLAM算法进行自主定位,结合点云数据和GMapping算法建立环境栅格地图,基于二次规划方法进行平滑可解析的路径规划,并设计非线性控制器,实现了由一个运动底盘、一个RGB-D传感器和一个运算平台组成的自主移动机器人系统。经实验验证,这一系统实现了复杂室内环境下的实时定位与建图、自主移动和障碍物规避。由此,为移动机器人的推广应用提供了一个硬件结构简单、性能良好、易扩展、经济性好、开发维护方便的解决方案。

面向竞争型网络机器人的运动目标快速检测

搭建了基于高速视觉的竞争型网络机器人系统.通过对比选取并融合了多种识别方法,设计了一套面向竞争型网络机器人的目标快速识别跟踪算法.采用动态窗口技术,并通过对不同传统方法的改进,进一步提高了该算法的实时性.本文方法能够在较复杂的背景下跟踪运动的目标机器人,具有较小的运算量及较好的鲁棒性.实验结果表明,该算法处理640×480像素的8位灰度图像的时间不超过5ms.

基于激光传感器的机器人地图构建方法

针对自主移动机器人局部地图构建问题,分析了几种应用较广的测距传感器的优缺点和地图构建中使用的激光传感器的数学模型及其非线性问题。在给出局部地图构建的一般模型的基础上本文提出了一种机器人局部地图构建的一种新方法,该方法针对传感器数据的不确定问题采用加权最小二乘方法对机器人在导航过程中的局部地图进行构建,具有实现容易、精度较高等特点。仿真和实验结果表明该方法在移动机器人使用激光测距传感器进行环境建模和地图构建过程中可以有效的减小直线拟合误差,进而达到有效建图的目的。

面向智能家居/智慧生活的服务机器人技术与系统

随着机器人技术的发展以及服务机器人形态的日益丰富,智能家居/智慧生活逐渐成为一种未来的生活方式。文章探索了智能家居和智慧生活的服务机器人技术与系统,在其众多的关键技术中,重点探讨了面向服务机器人的云端融合技术以及高用户体验度的人-机器人交互技术。并以家庭服务机器人为例,实现了基于微信和语音云的人-机器人交互方式,验证了基于云架构的家庭服务机器人体系结构的可行性。文章所提出的服务机器人技术与系统是智能家居、智慧生活的一种实现方式,为未来形形色色的服务机器人技术方案提供了一些思路。

大型实景地理模型3D喷绘机器人及其喷绘方法优化

通过对卫星遥感数据的处理和分析,得到地理信息的实景模型数据.在此基础上,对实景地理模型喷绘机器人核心技术展开研究,包括机构、控制系统设计、模型优化、图像补偿等,最终实现高精度、真彩色实景地理模型的自动喷绘方法.