主操作手结构设计及运动学参数标定

为更好地提升机器人主操作手性能，减少由于机构重力导致的操作疲劳感并提高位置精度，设计了一款7自由度主操作手：大臂机构为一平行四边形机构，提供前后和左右自由度；小臂机构提供上下自由度；手腕机构提供俯仰和偏航自由度；末端操作器机构提供自转和开合自由度。为提高主操作手位置精度，在主操作手结构设计的基础上，应用旋量理论建立了主操作手的运动学及其误差模型，采用最小二乘法对运动学参数进行了辨识，并进行了标定实验。结果表明，经过运动学参数标定后，主操作手的最大位置误差改善了67.43%

微创手术机器人多从操作臂系统结构设计

为提高微创手术机器人术前定位效率和末端可操作性，设计了一种新型微创手术机器人多从操作臂系统，其包括术前定位机构和远心机构两部分。该系统的基座可以安装3条手术器械臂和1条内窥镜臂。远心机构通过平行四边形机构实现末端不动点，在俯仰、翻滚、平移3自由度的基础上添加冗余自由度，增大了工作空间。为便于医生术前对远心机构高度的调节，在术前定位机构的重力补偿关节处通过恒力弹簧补偿远心机构的重力。在多从操作臂系统结构设计的基础上，对主动部分和被动部分进行了正运动学分析。术前定位机构是对机器人主动部分进行术前定位，手术过程中被动部分各个关节将被锁死。对主动部分进行了逆运动学和工作空间分析，通过将SolidWorks运动仿真的运动轨迹与Matlab运算得到的机器人末端运动轨迹对比，验证了多从操作臂系统结构的合理性和运动学的正确性

微创外科手术器械末端执行器夹持力建模与分析

针对主从微创外科手术机器人同一主手控制不同手术器械在相同开合角度下的夹持力安全问题，研究了手术器械末端执行器的夹持力，建立了一种求解末端夹持力的数学模型。所建立的模型考虑了钢丝绳与导向轮之间的非线性摩擦、指部与腕部的运动耦合以及钢丝绳在导向轮上的蠕动变形对夹持力的影响，得到了在相应开合角度下电机电流与手术器械末端执行器夹持力之间的映射关系；同时，对缝合针所受夹持力进行了受力分析，得到末端执行器对缝合针的夹持力以及末端执行器对缝合针的拉拔力与电机电流之间的关系。通过Matlab对夹持力模型进行仿真研究，得到手术器械末端执行器在考虑和不考虑摩擦与变形情况下的夹持力变化曲线，特别是得到了对缝合针的夹持力和拉拔力随电流变化的曲线图。仿真结果表明，所建立的夹持力数学模型更贴近实际情况，为后续有效和安全夹持力控制提供了理论依据

基于平行四连杆的水下牵引机下限位随动机构设计与仿真分析

波浪滑翔器是一种新型水面无人观测平台，通过水下牵引机中水翼被动摆动获取波浪能来产生前向推力。通过分析常规波浪滑翔器水下牵引机的脐带缆倾斜角造成的波浪能损失现象，设计了一种水翼摆动下限可以随脐带缆倾斜角的变化而改变的水翼摆动机构——下限位随动机构。首先，通过计算流体力学软件Fluent仿真分析了下限位随动机构对于水翼摆动角度的调节能力；其次，通过在常规水下牵引机内部加装一套平行四边形传动机构，设计了下限位随动机构原理样机，并通过搭建大型波浪模拟测试平台进行水池试验，验证了下限位随动机构原理样机的推进性能。研究表明，所提新型水翼摆动机构可以很好地提升水下牵引机的推进性能