面向眼科手术的多自由度并联执行器优化设计与力位混合双向控制

来源 :中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaoyanger88
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近年来,患有眼科疾病的人数和眼科医生的数量之间的矛盾日益加剧,结合医生丰富临床经验的主从控制的眼科手术机器人逐渐成为研究的热点。本文以主从式的6-PSS并联执行器为研究对象,围绕其在眼科手术机器人上应用的部分关键技术展开研究,包括执行器运动学建模、工作空间分析、结构优化、微力感知和触觉传递等几个方面。具体研究内容如下:(1)对6-PSS并联执行器进行运动学建模。采用空间闭环矢量法建立了主执行器的逆运动学模型。针对牛顿法求并联执行器正解存在计算量大和解的收敛性易受迭代初值影响的问题,采用BP神经网络与牛顿法相结合的方法建立了执行器的正运动学模型。并在速度回路求取了主执行器的雅克比矩阵。最后通过仿真验证了正、逆运动学模型和雅克比矩阵的正确性。(2)针对传统的极坐标搜索算法求并联执行器工作空间边界存在搜索效率低的缺点,提出了基于二分法的快速极坐标搜索算法。将二分法求函数零点的思想应用于求执行器工作空间的边界,降低了算法的时间复杂度。并采用基于二分法的快速极坐标搜索算法分析了主执行器的位置工作空间、姿态工作空间和可达工作空间。(3)为了满足从执行器工作空间和电机的输出能力的要求,采用多体动力学软件对从执行器进行了多目标优化。在创建设计变量的基础上采用参数化关键点的方法建立了从执行器的参数化模型,并创建了的执行器的目标函数和约束函数。在此基础上,研究了不同的设计变量与执行器的目标函数之间的关系。最后采用线性加权和法对从执行器进行了多目标优化,并采用蒙特卡罗法对执行器的工作空间进行了量化分析。仿真结果表明,在优化后执行器的工作空间增大了9.8%,移动副驱动力最大值的均值减小了6.5%。(4)为了实现执行器在无力传感器条件下的微力感知,研究了执行器的重力补偿方法。采用BP神经网络辨识出执行器的重力模型,通过前馈主动补偿掉执行器自身重力的干扰。在此基础上,在关节空间采用基于干扰观测器和反作用力观测器的四通道双向控制算法对6-PSS并联执行器进行了主从双向控制。最后对主从执行器进行了指令跟踪和触觉传递实验。实验结果表明,PD+BP神经网络重力补偿控制可以提高指令的跟踪能力;基于BP神经网络重力补偿的主从双向控制可以实现良好的力触觉感知,提高了系统的透明性。综上所述,本论文以6-PSS并联执行器为研究对象,围绕其在眼科手术机器人上应用的部分关键技术展开了较为系统的研究,为并联执行器在眼科手术上的应用奠定了一定的基础。
其他文献
随着列车的速度不断提升和轻量化发展,列车在交会时产生的压力波愈发剧烈,气动压力波对车体动强度的影响变得越来越强烈,研究列车与空气的流固耦合问题显得尤为必要。在这种情况下,列车表面短时间内发生的瞬态压力波动会对列车的振动特性以及结构动强度造成较大的影响。如果压力波的频率接近车体的某一阶模态频率,可能会诱发车体共振,影响列车的平稳性和运行安全性。目前已有的研究大多是结合计算流体力学和系统动力学分析列车
学位
桥梁作为国家交通路网的关键组成部分,决定着整个交通运输系统的正常运行。在正常服役过程中,桥梁结构很容易受到超载、自然灾害、结构老化等因素的影响。在这些因素的作用下,一旦桥梁发生损伤,将致使其正常使用性能大幅下降,严重时甚至会对桥梁结构的安全造成威胁。而损伤识别作为桥梁健康监测的重要环节,是桥梁可靠性分析和状态评估的前提。随着深度学习的发展,深度神经网络的优越性能逐渐被人们所认识,但其在桥梁结构损伤
学位
近年来,我国钢铁行业取得了飞速的发展,企业为了更好地应对激烈的市场竞争,则必须转变经营模式,谋求与供应商建立长期且稳定的战略合作关系,推动双方共同进步。A公司作为一家钢铁行业综合性工程技术集成企业,每年的采购金额占比较高,供应商供货品质的优劣直接影响到A公司的生产经营活动。随着经营模式的转变,A公司与供应商之间正逐步从传统的供求关系向着长期稳定的合作模式转变。因此,构建一套真正适用于A公司的供应商
学位
近些年来,房地产业蓬勃发展,成为国内经济腾飞发展中举足轻重的产业。然而随着经济发展改革深度推进,从中央到地方不断出台各种的调控政策与措施,房地产行业发展由原来的暴利时代进入完全竞争微利时代,行业内各家开发商之间的竞争也日趋激烈。在新形势下,房地产企业如何提升项目成本管控能力,提质增效成为日益重要的课题。在房地产飞速发展的时代,R房地产公司虽然经历了多年的发展与积累,已具有一定规模,但在项目的实施中
学位
随着我国经济的快速发展和人民生活水平的提高,人们对室内的舒适性与空气质量要求也越来越高。传统通风系统在高动量、大温差送风条件下,会让室内人员会产生强烈的冷风感,为改善室内舒适性,弥散吊顶通风(Diffuse Ceiling Ventilation,简称DCV)系统在丹麦等国家逐渐兴起。目前对DCV系统中热羽流与送风射流的相互作用特性以及相关因素对该过程的影响研究不够深入与详细。因此本文对DCV系统
学位
2000多年前的西汉,曾发生过一起关于效率与公平之间的争论与博弈。司马迁以其史学家敏锐而深刻的观察触角,对这场争论与博弈的全过程,进行了客观的记录和描述,从汉初休养生息政策的实施,商人地位的改变,到汉武帝时期的币制改革、选商为官、均输平准、算缗告缗等一系列政策的实施,都为我们做了历史的复原。本文拟从经济伦理的视角,结合当时的社会生活实践对《平准书》这一经典文献进行分析和梳理,以期对我们今天深化经济
会议
光功率计作为一种光功率精密测量仪器,在光通信、激光加工、生物医疗、现代国防及光纤传感等多个方面应用十分广泛。由于各个生产及应用领域都对所需激光的光谱范围和功率有严格需求,这要求光功率计必须具备精确测量不同光谱范围内光功率的能力。而现有便携式宽光谱测量的光功率计测量精度难以突破1%。因此,研制高精度、便携、操作简单且适用于多种工作场景的宽谱段光功率计是光功率计的重要发展方向之一。本文针对光功率计的高
学位
随着我国城市化进程的不断加快,地下空间的开发利用受到了越来越多的关注。其中,综合管廊因兼具实用性和可持续性,在众多城市中发挥着重要作用。电力电缆作为综合管廊中最基础的能源管线,因为在长期运行的过程中存在一定的火灾风险并散发出大量热量,所以我国相关规范建议容纳电力电缆的舱室每200m采取防火分隔措施,同时应设置通风竖井用于散热。然而,在实际工程中,考虑到地面条件的复杂性,200m防火分区长度对于设置
学位
橡胶制品在各个工业行业都有及其广泛的应用并且是不可或缺的一部分,具体到SRP公司主营生产的橡胶扶手带产品则主要是应用在电动扶梯行业。随着中国社会经济的飞速发展,扶梯及自动人行道遍布人们生活的周边,商场,地铁站,机场,医院几乎是无处不在。自动扶梯在为生活带来巨大便利的同时,孕育着巨大的市场潜力。从2012年以来中国的电梯保有量及每年的新梯安装量高据世界第一,奥的斯电梯,迅达电梯,通力电梯,三菱机电及
学位
传播学中不乏有趣的、意义重大的研究问题,而这类问题大都涉及到变量间的因果关系,如哪种说服框架会有更好的传播效果、媒体接触会不会对受众的社会信任产生影响等等。为了探讨变量间的因果关系,国内传播学的研究者们多根据统计学的思想,采用回归分析或结构方程模型等方法来对观测数据进行分析,试图凭借回归系数统计学意义上的显著性来进行因果推断。然而,这种传统又常见的推断方法几乎面临着各种意义上的困境:首先,当下国内
学位