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一种丝驱连续体手术机械臂的设计及其运动学分析 被引量：4
1
作者 卢佳佳 冯显英 +2 位作者 杜付鑫 岳明君 屈梁成 《机电工程》 CAS 北大核心 2020年第9期1051-1056,共6页
针对现有的连续体机械臂及其运动学模型无法得到运动学解析解的问题,设计了一种具有两个弯曲自由度的丝驱动连续体机械臂原型,并对其正逆运动问题进行了研究。基于分段常曲率假设,结合D-H法建立了连续体机械臂的正运动学模型,推导出了... 针对现有的连续体机械臂及其运动学模型无法得到运动学解析解的问题,设计了一种具有两个弯曲自由度的丝驱动连续体机械臂原型,并对其正逆运动问题进行了研究。基于分段常曲率假设,结合D-H法建立了连续体机械臂的正运动学模型,推导出了驱动丝长度到机械臂末端位置的映射关系,得到了正运动学解析解;通过提取机械臂骨干曲线,利用几何分析法建立了连续体机械臂逆运动学模型,推导出了机械臂末端位置到驱动丝长度的映射关系,并得到了部分逆运动学解析解;最后,通过实验对所提出运动学模型的有效性进行了验证。研究结果表明:所提出运动学模型的平均位置误差不超过2.56 mm,约占机械臂总长度的2.57%,能够很好地用于连续体机械臂末端位置控制。 展开更多
关键词 连续体机械臂 运动学分析 分段常曲率 解析解
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用于丝驱动连续体机器人的实用运动学研究 被引量：4
2
作者 陈元科 马飞越 +4 位作者 向国菲 马丛俊 陈磊 倪辉 佃松宜 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2021年第10期3085-3088,3103,共5页
针对单段及多段连续体机器人运动学问题,提出分段常曲率与粒子群算法相结合的完整正逆运动学分析方法。以双段丝驱动连续体机器人为研究对象,首先设计含平移段的机器人样机;然后利用分段常曲率方法建立驱动空间与关节空间的相互映射,根... 针对单段及多段连续体机器人运动学问题,提出分段常曲率与粒子群算法相结合的完整正逆运动学分析方法。以双段丝驱动连续体机器人为研究对象,首先设计含平移段的机器人样机;然后利用分段常曲率方法建立驱动空间与关节空间的相互映射,根据齐次变换得到关节空间至工作空间的正映射关系;最后利用线性递减权重粒子群算法实现工作空间至关节空间的逆映射。对双段连续体机器人的运动学进行仿真及逆运动学求解耗时测试,并在研制样机上进行了实验验证。仿真结果说明了所提运动学研究方法的合理性及逆运动学求解的快速性,实验结果显示位置平均误差小于双段连续体机器人本体长度的6.22%,验证了所提运动学的有效性。 展开更多
关键词 丝驱动 连续体机器人 分段常曲率 粒子群算法 运动学
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基于绳驱动的多段柔性连续体机械臂的运动学与实验研究 被引量：2
3
作者 王爽 任晗 +3 位作者 李桢 郭超 李单青 张向慧 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第19期8249-8255,共7页
经自然腔道手术机器人要求具有良好的灵巧性,但灵巧性的提高会产生运动学模型复杂且难以建模的问题。针对绳驱动的多段柔性连续体机械臂进行了运动学分析和实验研究。首先,以双段柔性连续体机械臂为原型,基于分段常曲率和神经网络的方法... 经自然腔道手术机器人要求具有良好的灵巧性,但灵巧性的提高会产生运动学模型复杂且难以建模的问题。针对绳驱动的多段柔性连续体机械臂进行了运动学分析和实验研究。首先,以双段柔性连续体机械臂为原型,基于分段常曲率和神经网络的方法,建立了任务空间和驱动空间的正逆运动学映射模型。以任务空间变量连续体机械臂末端位置为神经网络的输入量,驱动空间变量驱动绳的拉伸量为神经网络的输出量,拟合出了连续体机械臂末端位置和驱动绳拉伸量的映射关系。最后,进行了连续体机械臂的弯曲运动和轨迹跟踪实验。实验结果表明:双段连续体机械臂弯曲角度可达180°,验证了连续体机械臂具有大角度弯曲能力;在连续体机械臂末端的圆轨迹跟踪实验中,连续体机械臂的末端在x轴、y轴、z轴方向的平均绝对位置误差为1.743、1.334和1.172 mm,验证了连续体机械臂的运动学模型的有效性。 展开更多
关键词 手术机器人 连续体机械臂 运动学 分段常曲率 神经网络
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线驱动柔性机械臂的运动学分析 被引量：1
4
作者 俞晓瑾 《微型电脑应用》 2013年第4期8-11,共4页
与传统的由连杆和关节构成的刚性机械臂不同,设计的柔性机械臂无任何刚性结构,外围驱动装置通过嵌在机械臂内部的拉线与柔性机械臂相联系,控制拉线长度的变化量即可调整柔性机械臂末端执行器的位置和姿态。柔性机械臂由弹性材料制作而成... 与传统的由连杆和关节构成的刚性机械臂不同,设计的柔性机械臂无任何刚性结构,外围驱动装置通过嵌在机械臂内部的拉线与柔性机械臂相联系,控制拉线长度的变化量即可调整柔性机械臂末端执行器的位置和姿态。柔性机械臂由弹性材料制作而成,拥有无穷多个自由度,在确保了高安全性、高灵活性的同时,随之也带来运动学和动力学建模复杂、控制难度大等问题。基于分段常曲率的假设,提出了一种运动学建模方法,通过建立3个空间,即驱动空间、虚拟关节空间、任务空间,以及两个映射,即驱动空间-虚拟关节空间映射、虚拟关节空间-任务空间映射,将拉线长度的变化量和柔性机械臂末端执行器的位置和姿态关联起来。仿真结果表明,提出的线驱动柔性机械臂的运动学模型,能较为真实地模拟柔性机械臂在拉线长度变化时的形态,计算末端执行器的位置和姿态。 展开更多
关键词 线驱动 柔性机械臂 运动学 分段常曲率
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套索驱动柔性机械臂设计与研究
5
作者 曹璐刚 韩亚丽 +2 位作者 朱晓军 韩子瑒 徐闵海 《南京工程学院学报（自然科学版）》 2023年第4期55-63,共9页
针对刚性机械臂在狭小环境下运行困难、操作难度较大等问题,提出一种仿生象鼻的柔性机械臂.采用分段常曲率的假设对连续体进行分段处理,搭建连续体动力学模型;代入每段套索长度、弯曲角度等变量数据进行动力学仿真,绘制连续体三维模型;... 针对刚性机械臂在狭小环境下运行困难、操作难度较大等问题,提出一种仿生象鼻的柔性机械臂.采用分段常曲率的假设对连续体进行分段处理,搭建连续体动力学模型;代入每段套索长度、弯曲角度等变量数据进行动力学仿真,绘制连续体三维模型;改变弹簧长度、弹簧刚度、套索协调方式,对柔性机械臂的机构进行仿真,确定模型的材料要求;搭建样机进行弯曲缠绕试验.仿真与试验结果表明,以弹簧、套索为核心的柔性机械臂可在较短时间内实现360°弯曲,完成弯曲缠绕动作. 展开更多
关键词 柔性机械臂 分段常曲率 动力学仿真
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基于软体机器人冗余自由度的实时避障位置控制 被引量：11
6
作者 倪杭 王贺升 陈卫东 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2017年第3期265-271,共7页
研究了如何利用软体机器人空间运动的冗余性,解决控制末端位置时环境中存在障碍物的问题.首先建立了软体机器人的运动学分段常曲率模型,设计了实现实时避障和末端位置控制双重任务的控制算法.算法中在障碍区周围划分警戒区,基于机械臂... 研究了如何利用软体机器人空间运动的冗余性,解决控制末端位置时环境中存在障碍物的问题.首先建立了软体机器人的运动学分段常曲率模型,设计了实现实时避障和末端位置控制双重任务的控制算法.算法中在障碍区周围划分警戒区,基于机械臂上标记点的位置反馈,分别给出末端无碰撞风险时的运动策略,以及当末端和中间点进入警戒区时的运动策略,并利用雅可比矩阵的广义逆求出应施加的控制变量.利用李亚普诺夫定理证明了逆雅可比法控制的稳定性.最后,在2维空间进行了实验,结果显示末端可以到达目标点,并且末端与机械臂体能够避开障碍物,验证了避障算法的有效性和位置控制的稳定性. 展开更多
关键词 软体机器人 冗余自由度 分段常曲率模型 避障 位置控制
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基于三组测量绳结构的软体机械臂运动检测
7
作者 李敬仪 姚立纲 东辉 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期721-728,共8页
针对气动软体机械臂运动形状检测问题,设计了一种基于拉线编码器的三组测量绳结构的运动学参数检测装置。依据分段常曲率法,构建了气动模块化软体机械臂的运动检测模型,基于机械臂柔性材料的特点,在建模过程中引入刚度法,使检测模型能... 针对气动软体机械臂运动形状检测问题,设计了一种基于拉线编码器的三组测量绳结构的运动学参数检测装置。依据分段常曲率法,构建了气动模块化软体机械臂的运动检测模型,基于机械臂柔性材料的特点,在建模过程中引入刚度法,使检测模型能准确反映从机械臂驱动气压到形状变化以及运动学参数的映射关系。提出了一种可模块化组装的气动软体机械臂,用于验证检测装置与模型的精度,所提出的机械臂在构型上由硅胶基体、运动气囊和连接板组成,能实现机械臂的模块化组装。通过对所构建的运动检测模型进行推导与仿真,得到了模型的相对误差。最后,通过试验验证了运动检测建模的精度和机械臂驱动、构型以及运动的特征。研究结果表明:相比于传统的视觉追踪方法,所设计的基于三组测量绳结构的检测装置能实现对软体机械臂运动形状的高精度检测。 展开更多
关键词 软体机械臂 模块化设计 分段常曲率法 运动检测
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