为提高具有远程运动中心(RCM)的内窥镜手术机器人从操作手的定位精度和运动稳定性,对从操作手进行动力学等效,得出构件的等效质心位置,采用拉簧-绳轮对机械臂进行重力补偿;再根据拉格朗日方程建立从操作手RCM机构的动力学模型,采用计算力矩法进行重力补偿。通过Adams对比分析了经重力补偿后从操作手各个关节的运动响应曲线。结果表明,重力补偿模型可有效补偿重力项。

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...

以穿戴式机器人空间串联机构的重力补偿机构为研究对象,提出平衡连杆旋转中心与补偿器轴线对中的设计方法。在平衡连杆的偏航面旋转中,设计平面重力补偿单元,然后将补偿单元改装成空间重力补偿单元,以适应平衡连杆的一般性旋转。将串联机构的重力势能视为多个子系统的重力势能之和,分析空间重力补偿单元对平衡连杆的作用模式和偏转的补偿性能。最后结合空间重力补偿与同步带结构,构建空间串联机构的重力补偿机构。通过对空间重力补偿的仿真分析,验证了重力平衡性能和所提设计方法的有效性。

针对六维力传感器在工业机器人运动过程中,受末端工具重力影响而导致其零位值变化的问题,提出了一种能够对传感器的零位值实时更新的重力补偿算法。首先对机器人连杆结构进行分析,推导出重力补偿算法,然后通过MATLAB软件得到运用该算法进行理论计算的结果曲线,并运用Adams软件对机器人相关运动进行仿真,测得末端工具重力在六维力传感器所在坐标系各力/力矩分量的曲线,最终验证了该重力补偿算法理论推导的正确性。运用该重力补偿算法,可有效提高六维力传感器实际应用中的测量精度。

介绍了同步辐射压弯镜重力引起的面型斜率误差及评价标准。根据梁的弯曲理论,提出了力矩加多点力补偿重力的方法,以上海光源XAFS光束线（BL14W）中的压弯镜为例,计算出力矩加两点力、力矩加三点和力矩加四点力补偿的最小斜率均方根误差分别为0.092,0.041,0.022μrad。补偿结果的对比表明,当镜子两端有力矩补偿时,各补偿力相应减小,力矩加两点力、力矩加三点力和力矩加四点力补偿的面型斜率误差分别为没有力矩补偿时的52%,61%,68%。力矩加多点力补偿重力的方法明显优于多点力补偿重力的方法。

目前大多数机器人工作过程中需要消耗大量能量来克服自身重力,为了降低能耗并提高机器人性能,提出一种用于转动关节机械臂的重力补偿装置,该装置采用非圆齿轮行星轮系扭转弹簧机构,可实现机械臂任意可达工作空间的重力补偿;建立机械臂静平衡力学模型,根据静平衡约束条件设计非圆齿轮行星轮系,对非圆齿轮行星轮系传动比分配进行讨论,得到满足力矩平衡的最简轮系;以2R平行四杆机构机械臂为例进行设计分析,并导入ADAMS中进行验证,仿真结果表明,重力补偿机构有效降低了驱动力矩。