为了实现手术机器人的主从控制,设计了一款基于多传感器的六自由度主手,包含手臂机构与手腕机构,其结构简单、操作灵活,具有较高的控制精度。建立了主手运动学模型并进行了工作空间分析,阐述了主手的主从映射策略。采用卡尔曼滤波方法消除了操作者手部抖动对主手信号采集的影响。最后搭建了实验平台,基于主手实现了对虚拟机器人的控制。

连续体机器人是一种灵活度高、柔顺性强的新型仿生柔性机器人,在狭小或者障碍物较多的工作空间中可以很好地替代传统机器人完成各种任务。针对连续体机器人在狭小空间内的精准控制,提出了基于视觉和惯导传感器融合的多臂连续体机器人形状检测方法,构建多臂连续体机器人形状检测系统,实验研究结果表明,该检测方法可有效实现多个连续体形状的同时检测。

针对弯曲多变的生物管腔,基于腹足动物运动机理,提出一种新型仿生介入机器人.通过理论建模及实验手段,分析管腔内壁表面特性、控制磁流变液固化的磁场强度、管腔蠕动、动压润滑膜减阻效果、直线电机运动方向变化频率对机器人运动性能的影响.结果表明:动压润滑膜能有效减小运动过程中的阻力;管壁内表面特性、控制磁流变液固化的磁场强度是影响机体与管道壁啮合效果的重要因素;直线电机运动方向的变化频率将影响机器人的运动性能;机器人能一定程度顺应管腔的自主或受迫小幅波动;当波动幅度较大时,机器人运动效率将大大降低.

基于腹足动物运动原理,提出一种能在脉动流场中稳定可靠运行的介入机器人。考虑到流场及在其中运动的介入机器人会发生相互影响,笔者在数值分析流场对机器人冲击力的基础上,对机器人外形结构进行优化,并对流体冲击下稳定运行时所需的机器人与管腔间的切向阻力进行定量分析。为分析通过磁流变液固化后机体与管壁间由于啮合产生的最大切向阻力是否足够抵抗流体的冲击,建立生物管腔内壁表面特性模型,实验研究机器人与管壁间间切向运动阻力影响因素。

提出了一种新型的医用内窥镜系统的体内驱动方式和相应的驱动机构.此方式利用螺旋旋转时产生的牵引力推动医用内窥镜系统在人体内腔中运行,同时利用螺旋旋转时产生的动压效应建立起动压润滑粘液膜,使医用内窥镜系统在体内运行时不与内腔壁发生直接接触 ,避免对人体有机组织产生损伤.详细分析计算了用此方法驱动的医用内窥镜系统在不同半径、不同粘度粘液和不同弹性模量的内腔中的轴向运行速度和形成的粘液膜厚度.结果表明 ,用此方法驱动的医用内窥镜系统在人体内腔中运行时可以形成足够厚的粘液膜把医用内窥镜系统与内腔壁隔开,实现以较快速度的悬浮运行.上述分析结果已被实验研究所证实.