王栋
- 作品数：9 被引量：17H指数：2
- 供职机构：北京科技大学机械工程学院更多>>
- 发文基金：国家高技术研究发展计划国家自然科学基金更多>>
- 相关领域：自动化与计算机技术机械工程更多>>
- 针对手术空间的医疗机器人参数优化被引量：2
- 2014年
- 考虑到医疗机器人工作空间的既定性和集中性,提出了在不存在明显的关节误差、控制误差等精度影响因素的情况下,按手术空间对机器人的关节参数进行优化补偿的方法,以提高机器人在手术空间中的定位精度。不同于传统机器人的标定,该方法借助摄像头和运动学模型得到针尖点的真实坐标和理论坐标,然后对关节参数进行优化以使理论值向真实值逼近,并得到相应的关节参数。以BH-7医疗机器人为例对所述方法进行了验证,验证结果是机器人的定位精度锁定在1mm以内,说明了上述方法的可靠性与实用性。
- 陈华王栋曹彤倪自强刘龙
- 关键词：医疗机器人参数优化
- 打通型双串联与三串联柔性铰链设计与性能比较被引量：1
- 2017年
- 平面折展柔顺机构(lamina emergent mechanisms,LEMs)的重要组成部分之一是柔性铰链,因此设计新型的平面折展扭转铰链(lamina emergent torsional joint,LET)能够对其运动起到十分关键的作用.本文提出了一种打通型LET柔性铰链,设计了打通型双串联柔性铰链和打通型三串联柔性铰链的两种结构形式,分别推导出了两种铰链的弯曲等效刚度计算公式.通过对设计实例的理论分析与有限元分析,验证了等效刚度计算公式的正确性.将外形尺寸相同的打通型双串联、三串联柔性铰链与外LET铰链进行了弯曲以及拉压性能的对比,结果表明,打通型三串联LET柔性铰链在拉压性能下降不明显的情况下,能够较大幅度地提升弯曲性能.
- 邱丽芳王晶琳冷迎春王栋
- 关键词：等效刚度有限元
- X形柔性铰链等效刚度分析及结构特性研究被引量：3
- 2017年
- 基于抗压双片段柔性铰链,设计了4片段X形柔性铰链,并对其结构特性进行了研究.X形柔性铰链中的主要变形片段为弯扭耦合片段,分别运用微分法和基于抗压双片段柔性铰链等效刚度算法分析了其弯扭耦合等效刚度,推导出了X形柔性铰链的等效刚度理论计算公式.设计了几组不同尺寸的X形柔性铰链实例,分别利用2种方法对这些实例进行了计算,并在ABAQUS软件中进行了仿真分析,3种分析方法结果表明了理论计算公式和仿真模型的正确性.最后,通过对不同尺寸的X形柔性铰链结构特性的分析,得到了铰链设计时应该尽量避免的结构参数范围.
- 邱丽芳王栋印思琪杨德斌
- 关键词：柔性铰链弯扭耦合等效刚度微分法结构特性
- 联合实验和仿真的机器人参数标定被引量：2
- 2013年
- 针对医疗机器人调试过程中必须通过可靠的方法获得准确关节参数的问题,将联合实验和仿真的机器人参数标定这一技术应用到机器人的调试过程中。开展了对医疗机器人结构和运动学模型的分析,建立了运动学模型和关节参数之间的关系,提出了联合实验和仿真以得到准确关节参数的方法;分别控制机器人的单一关节运动,并同时记录针尖点的位置坐标,利用最小二乘法对数据进行处理,得到了关节轴线的表达式和连接点的坐标,通过仿真得到了与实际样机高度吻合的运动学模型,并通过空间计算得到了准确的关节参数;最后以定位精度为评估指标,多次使用该方法对医疗机器人进行了实验验证。实验结果表明,机器人的最终精度均能锁定在1 mm以内,该方法具有可靠性与工程实用性。
- 王栋曹彤宋虎刘达倪自强
- 关键词：机器人仿真
- 主从式遥操作血管介入机器人被引量：5
- 2014年
- 传统的血管介入手术需要医生徒手操控导管,存在医生受辐射和人为因素影响手术质量等弊端.针对该问题,设计了用于辅助医生手术的主从式遥操作血管介入机器人.根据临床手术的要求,基于模块化理念,分别对机器人的从端推进机构、主端操控装置进行了结构设计,为主从模式的实现做了相关的软、硬件开发;对机器人样机进行了必要的性能测试,证实了该机器人具有小于1 mm的运动控制精度和0.44 ms的主从运动实时性.结果表明:该机器人系统解决了传统手术中的问题,在功能和性能上完全满足血管介入手术的要求,具有较高的临床使用价值.
- 曹彤王栋刘达曾玉祥
- 关键词：血管介入机器人临床手术控制精度
- 基于精度模型的机器人精度研究被引量：1
- 2014年
- 针对多数机器人精度研究都集中在对机器人部分误差因素建模,造成处理片面、效果不理想的情况,进行了建立对误差有综合评价性能的精度模型的研究。基于参数优化的思想,通过对运动学模型进行变换,推导出精度目标函数,从而建立有效的精度模型,并通过优化计算获得了准确的关节参数,在此基础上,提出了最优参数判定准则和关节运动误差检测方法。以BH-7机器人为实验对象,利用所提方法进行了调试,得到了参数最优、运动准确、最终误差小于1mm的机器人,通过实验、仿真,证实了所提方法的可靠性、实用性,为机器人的调试提供了行之有效的方法。
- 王栋曹彤刘达
- 关键词：机器人
- 主从式血管介入系统的力反馈实现
- 2014年
- 为保证主从式血管介入系统的手术安全性,在其主端集成了力反馈装置。研制了侧壁力传感器,结合光纤传感器共同进行了力的测量;主端计算机读取两路测量信号,将最终融合力值施加到主端设备,形成力觉反馈回路。当导管与血管碰撞时,电机会产生相应转矩,医生通过感知反馈力判断导管状态,实现力觉引导。经实验验证,主从控制精度高、延迟小,传感器测量一致性好,主端力反馈实时有效,可望能实现引导医生进行手术作业。
- 刘龙曹彤刘达王栋曹旭东
- 关键词：血管介入力反馈主从控制遥操作
- Deform-X柔性铰链设计与分析被引量：2
- 2017年
- 设计了一种Deform-X柔性铰链,利用微积分的思想分析了其等效刚度,推导了Deform-X柔性铰链弯扭耦合等效刚度的理论计算公式。通过一组实例的理论分析和ABAQUS仿真分析,验证了Deform-X柔性铰链等效刚度理论计算公式的正确性。选取外形尺寸相同的X型柔性铰链与Deform-X柔性铰链进行了性能比较分析,在相同转矩作用下,Deform-X柔性铰链弯曲变形转角约为X型柔性铰链的3倍。分别对X型柔性铰链和Deform-X柔性铰链进行了弯曲失效分析,结果表明Deform-X柔性铰链的可使用范围大于X型柔性铰链。设计了基于Deform-X柔性铰链的平面折展四杆机构的实物模型,通过实物测试和仿真分析表明Deform-X柔性铰链能够实现预期变形。最后,对尺寸相同的基于X型柔性铰链的四杆机构和基于Deform-X柔性铰链的四杆机构在相同力矩作用下的变形进行了分析,结果表明基于Deform-X柔性铰链的四杆机构变形更大。
- 邱丽芳王栋印思琪杨德斌
- 关键词：柔性铰链弯扭耦合等效刚度四杆机构
- 基于模块化理念的便携式立体定向仪被引量：2
- 2013年
- 为了欠发达地区能够进行微创脑外科立体定向手术,根据机器人原理,设计出一种方便携带外出进行异地医疗救护的立体定向仪。开展了机器人结构类型的分析,建立了结构和整机性能之间的关系,提出了基于液压锁紧、关节结构的整体设计方案;采用模块化的理念,分别对立体定向仪的装夹底座、关节结构、导向器、外部注油系统和制动锁紧系统等进行了设计,得到了在工作空间内灵活运动且可在任意位置固定的立体定向仪;采用便捷的标定方法对立体定向仪进行调试,最终得到了定位精度小于2 mm的仪器,并成功应用于脑外科临床手术。从理论上对其进行了性能分析,并进行了相关的实验验证和临床应用。研究结果表明:该便携式立体定向仪具备运动灵活、锁紧可靠的性能和小于2 mm的定位精度,达到了临床应用的要求,具有较高的实际应用价值。
- 王栋曹彤刘龙曹旭东刘帅
- 关键词：便携立体定向仪模块化临床手术
