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隨著機(jī)器人技術(shù)的逐步完善,適于特殊作業(yè)的機(jī)器人種類也日益增多,其應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展到微電子制造,MEMS封裝與組裝,高精密機(jī)械加工與裝配,生物芯片制備,大范圍高速掃描檢測(cè)裝備等行業(yè).隨之而來(lái)的,各行業(yè)對(duì)機(jī)器人的性能指標(biāo)提出了越來(lái)越高的要求,追求機(jī)器人的高定位精度,高重復(fù)精度,高分辨力,同時(shí)還要求其工作范圍大,質(zhì)量輕,能耗低等,從而對(duì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求.在這樣的前提之下,為滿足人類向微小世界探尋的需要,作為機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要分支,微操作機(jī)器人成為機(jī)器人學(xué)中十分活躍的研究領(lǐng)域. 本文結(jié)合國(guó)家"863"計(jì)劃項(xiàng)目"6自由度納米級(jí)宏微操作機(jī)器人的研究(項(xiàng)目編號(hào)2002AA422260)"和"原型裝置靶瞄準(zhǔn)定位系統(tǒng)工程預(yù)先研究項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)863-804-5)",共搭建了3套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),其中采用了單一驅(qū)動(dòng)以及雙重驅(qū)動(dòng)兩條技術(shù)方案.在廣泛的分析了目前已有的柔性精密定位系統(tǒng),并聯(lián)精密定位系統(tǒng)和宏/微雙重驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上,針對(duì)目前大范圍運(yùn)動(dòng)定位與高精度定位的應(yīng)用實(shí)際需要,提出了大行程柔性鉸鏈的概念設(shè)計(jì),并以此構(gòu)建六支鏈大行程柔性并聯(lián)結(jié)構(gòu)定位系統(tǒng),為滿足超高精度的定位需要,在并聯(lián)支鏈中集成了壓電陶瓷驅(qū)動(dòng),構(gòu)成了宏/微雙重驅(qū)動(dòng)并聯(lián)結(jié)構(gòu)系統(tǒng),充分體現(xiàn)了驅(qū)動(dòng),結(jié)構(gòu),檢測(cè)一體化的設(shè)計(jì)思想. 在結(jié)構(gòu)單元的設(shè)計(jì)方面,針對(duì)當(dāng)前柔性鉸鏈運(yùn)動(dòng)范圍小等問(wèn)題,在通用的球副柔性鉸鏈的基礎(chǔ)之上,提出了大行程柔性鉸鏈的概念設(shè)計(jì);在柔性并聯(lián)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方面,提出了在通用的并聯(lián)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中,采用大行程柔性鉸鏈代替?zhèn)鹘y(tǒng)運(yùn)動(dòng)副的設(shè)想,建立基于大行程柔性鉸鏈的并聯(lián)結(jié)構(gòu)系統(tǒng). 在大行程柔性并聯(lián)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模方面,利用材料力學(xué)的基本原理和小變形假設(shè),推導(dǎo)了大行程柔性鉸鏈的數(shù)學(xué)模型,并給出了在全局坐標(biāo)系下的顯式表達(dá);在此基礎(chǔ)之上,通過(guò)剛度組集的辦法建立了大行程柔性鉸鏈并聯(lián)結(jié)構(gòu)柔性支鏈的運(yùn)動(dòng)表達(dá)式,通過(guò)聯(lián)立運(yùn)動(dòng)位移協(xié)調(diào)方程和力約束協(xié)調(diào)方程,建立了并聯(lián)結(jié)構(gòu)的位置解模型. 由于并聯(lián)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的各部件,特別是柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)在自身變形提供整體結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)輸出的同時(shí),還經(jīng)歷了大范圍的剛體運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致大行程柔性并聯(lián)結(jié)構(gòu)的位置解模型成為典型的幾何非線性問(wèn)題.鑒于此,本文首先推導(dǎo)了空間柔性結(jié)構(gòu)的幾何非線性的剛度遞推模型,并利用牛頓-萊弗森方法對(duì)該模型進(jìn)行了求解.由于幾何非線性模型的迭代求解方式,導(dǎo)致該模型的實(shí)時(shí)性很差,不易移植至控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制求解,故在大量的試驗(yàn)嘗試的基礎(chǔ)之上,選擇了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法,建立了3層六輸入-六輸出的位置解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),從而在方便了實(shí)時(shí)控制編程的同時(shí),還大大提高了系統(tǒng)的位置解的求解速度. 由于柔性并聯(lián)結(jié)構(gòu)的位置解模型中不僅僅包括結(jié)構(gòu)中的位置信息,還提供了結(jié)構(gòu)中相關(guān)的力信息以及剛度信息,本文在上述位置解模型的基礎(chǔ)之上,給出了該類系統(tǒng)的剛度模型,并建立了并聯(lián)結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)參數(shù)和尺度參數(shù)對(duì)系統(tǒng)剛度的影響圖譜,對(duì)這類系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)綜合以及優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了有力的工具. 在大行程柔性并聯(lián)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)建模方面,采用了歐拉梁理論和有限元方法,由拉格朗日方程建立了基于實(shí)際位移的大行程柔性鉸鏈并聯(lián)機(jī)器人各支鏈的動(dòng)力學(xué)模型,并通過(guò)位移協(xié)調(diào)方程和動(dòng)力協(xié)調(diào)方程,最終得到并聯(lián)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型.綜合采用了紐馬克方法和牛頓-萊弗森方法解決了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)求解問(wèn)題,并通過(guò)一個(gè)算例進(jìn)行了基于逆動(dòng)力學(xué)的求解仿真. 在大行程柔性并聯(lián)結(jié)構(gòu)的樣機(jī)實(shí)驗(yàn)方面,我們提出了采用大行程柔性鉸鏈作為被動(dòng)關(guān)節(jié)的6-PSS并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng),該系統(tǒng)采用壓電馬達(dá)作為驅(qū)動(dòng)器,精密光柵尺作為位置反饋元件,其可在立方厘米級(jí)的工作空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)微米級(jí)精度的運(yùn)動(dòng);在此基礎(chǔ)之上,我們?cè)诓⒙?lián)機(jī)器人的支桿中嵌入壓電陶瓷,在壓電馬達(dá)的宏運(yùn)動(dòng)結(jié)束之后,壓電陶瓷可以驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)一步的微調(diào),從而得到一個(gè)6-PSS和6-SPS結(jié)合宏微雙重驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng),其中,微動(dòng)系統(tǒng)可在微米級(jí)運(yùn)動(dòng)空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的運(yùn)動(dòng)精度.基于大行程柔性鉸鏈的宏微雙重驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng),可以同時(shí)滿足大工作空間和高精度的工程需要.此外,我們將大行程柔性鉸鏈并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng),成功的應(yīng)用到激光瞄準(zhǔn)靶支撐裝置中,其厘米級(jí)的運(yùn)動(dòng)范圍和納米級(jí)的運(yùn)動(dòng)分辨力,使其在神光III系統(tǒng)中發(fā)揮了十分重要的作用.

（專利號(hào)：ZL 201510552708.2） 簡(jiǎn)介：本發(fā)明提供一種起重機(jī)箱形主梁三自由度移動(dòng)焊接機(jī)器人，屬于機(jī)器人焊接技術(shù)領(lǐng)域。該焊接機(jī)器人包括底座、縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、焊槍升降機(jī)構(gòu)、焊槍旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、焊接設(shè)備及電纜卷筒等，焊接設(shè)備包括送絲機(jī)、焊機(jī)、氣瓶座、二氧化碳?xì)馄浚笜屝D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過(guò)升降臺(tái)安裝在焊槍升降機(jī)構(gòu)上，齒輪齒條傳動(dòng)與直線導(dǎo)軌副相配合實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)位移移動(dòng)的精確定位，通過(guò)三臺(tái)伺服電機(jī)聯(lián)合控制焊槍位姿實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離平面曲線連續(xù)光滑平角焊縫的自動(dòng)焊接。本發(fā)明所提供的焊接機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)鏈短、位置準(zhǔn)確、工作可靠、焊接質(zhì)量穩(wěn)定等技術(shù)特點(diǎn)。

微納機(jī)器人指的是尺度介于微納米級(jí)別，可以對(duì)微納空間進(jìn)行精細(xì)操作的機(jī)器人。由于其具有靈活運(yùn)動(dòng)、精確靶向、藥物運(yùn)輸?shù)饶芰Γ诩膊≡\斷治療、靶向遞送、無(wú)創(chuàng)手術(shù)等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而現(xiàn)階段針對(duì)微納機(jī)器人的有關(guān)研究大多聚焦在體外，在體內(nèi)治療應(yīng)用的更多預(yù)期功能仍然具有極大的挑戰(zhàn)性。 浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院/轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院周民研究員團(tuán)隊(duì)研制出一款微納機(jī)器人，通過(guò)以微藻作為活體支架，“穿上”磁性涂層外衣，靶向輸送至腫瘤組織，成功改善腫瘤乏氧微環(huán)境并有效實(shí)現(xiàn)磁共振/熒光/光聲三模態(tài)醫(yī)學(xué)影像導(dǎo)航下的腫瘤診斷與治療。 這項(xiàng)研究被刊登在材料領(lǐng)域著名期刊《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials），并被遴選為當(dāng)期封面。論文的第一作者是浙江大學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院交叉學(xué)科直博生鐘丹妮，論文通訊作者為周民研究員。 光合作用解決供氧不足 在腫瘤治療中，為何需要微納機(jī)器人靶向提供氧氣呢？ 這是因?yàn)槟[瘤細(xì)胞在快速增殖中消耗了大量的氧氣，導(dǎo)致腫瘤組織內(nèi)部存在缺氧微環(huán)境，這成為眾多腫瘤治療方法出現(xiàn)耐受現(xiàn)象的重要原因之一。一般臨床腫瘤治療采用的放療和光動(dòng)力治療中，患者通過(guò)高壓氧倉(cāng)吸氧來(lái)解決腫瘤內(nèi)部氧氣不足的問(wèn)題。但這種方法往往收效甚微，并不能達(dá)到靶向供氧到腫瘤部位，難以提高腫瘤治療效果。 螺旋藻，一種生活中常見(jiàn)的微藻，作為水生植物能夠通過(guò)光合作用產(chǎn)生氧氣。那么如何將該微藻送進(jìn)腫瘤？課題組提出將超順磁性的四氧化三鐵納米顆粒通過(guò)浸涂工藝，均勻涂層至微藻表面。磁性工程化的微藻能夠在外部磁場(chǎng)控制下，能夠定向運(yùn)動(dòng)至腫瘤。 磁性工程化螺旋藻，在磁鐵控制下能定向移動(dòng) “研究的創(chuàng)新性在于無(wú)機(jī)和有機(jī)的微納體，選擇性把藥物輸送到腫瘤缺氧部位。”周民介紹，他們所研制的微納機(jī)器人是一種光合生物雜交體系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)既保持了微藻高效的產(chǎn)氧活性，還兼有四氧化三鐵納米顆粒的定向磁驅(qū)能力。 微納機(jī)器人通過(guò)光合作用提高腫瘤氧氣濃度 在具體治療中，通過(guò)體外交變磁場(chǎng)將微納機(jī)器人靶向運(yùn)送并積累至腫瘤，通過(guò)體外光照，由光合作用原位產(chǎn)生氧氣來(lái)減輕腫瘤內(nèi)部乏氧程度，從而提高放射療法的效率。“在小鼠的原位乳腺癌模型中，經(jīng)增強(qiáng)的聯(lián)合治療展現(xiàn)了明顯的腫瘤生長(zhǎng)抑制作用。” 增強(qiáng)放療/光動(dòng)力協(xié)同治療抑制腫瘤生長(zhǎng)并可降解 葉綠素一面照出腫瘤變化的鏡子 光合生物雜交微納泳體系統(tǒng)不僅對(duì)于放療具有積極作用，在經(jīng)過(guò)射線處理后釋放的葉綠素能作為光敏劑，進(jìn)而產(chǎn)生具有細(xì)胞毒性的活性氧來(lái)殺死腫瘤細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)協(xié)同光動(dòng)力治療。“正常的光動(dòng)力治療需要氧氣和活性氧才能順利開(kāi)展，目前的微納機(jī)器人能夠很好地解決這兩個(gè)需求。” 此外，微藻中含有的大量葉綠素，也具有的天然熒光和光聲成像功能，可以無(wú)創(chuàng)性地監(jiān)測(cè)腫瘤治療情況和腫瘤微環(huán)境變化。“藥物遇到熒光，就能夠表達(dá)出來(lái)。葉綠素是一面鏡子能夠找出來(lái)它。” 基于葉綠素的治療及成像功能

本發(fā)明公開(kāi)了一種適用于機(jī)器人無(wú)線充電系統(tǒng)的控制裝置及控制方法，該無(wú)線充電系統(tǒng)包括高頻逆變電源、能量發(fā)射裝置、能量接收裝置及能量變換電路；控制裝置包括充電控制器、光電開(kāi)關(guān)傳感器，光電開(kāi)關(guān)傳感器安裝在能量發(fā)射裝置的四個(gè)角；光電開(kāi)關(guān)傳感器的輸出端與充電控制器的輸入端連接，充電控制器用于控制高頻逆變電源是否工作；能量發(fā)射裝置、充電控制器、高頻逆變電源均安裝在地面充電站。本發(fā)明將無(wú)線電能傳輸技術(shù)、智能技術(shù)完美地結(jié)合起來(lái)，使巡檢機(jī)器人能夠在無(wú)人干預(yù)的情況下長(zhǎng)期工作；可以根據(jù)需要選擇自動(dòng)充電還是手動(dòng)充電；投入成本較低，控制方法靈活方便、可靠性較強(qiáng)，有很強(qiáng)的實(shí)用性。

本發(fā)明公開(kāi)了一種解耦型六自由度工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制方法，該方法包括：（a）根據(jù)機(jī)器人所需實(shí)現(xiàn)的位姿，通過(guò) D-H 模型法獲得末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對(duì)于基坐標(biāo)系的位姿矩陣；（b）將機(jī)器人避開(kāi)奇異形位時(shí)所能實(shí)現(xiàn)的正常位姿定義為不同的關(guān)節(jié)特性屬性，并設(shè)定機(jī)器人實(shí)現(xiàn)所需的位姿時(shí)的關(guān)節(jié)特征屬性組合；（c）根據(jù)位姿矩陣以及設(shè)定的關(guān)節(jié)特征屬性組合及其取值條件，通過(guò)反變換法分別求得關(guān)于機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)變量的唯一解；（d）根據(jù)所求得的解，執(zhí)行對(duì)六自由度工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)完成整體運(yùn)動(dòng)控制過(guò)程。通過(guò)本發(fā)明，具備可預(yù)知過(guò)奇異點(diǎn)路徑、算法簡(jiǎn)單、反解速度快以及能較好地確定唯一解等優(yōu)點(diǎn)，并能很好地應(yīng)用于實(shí)際的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制。

本發(fā)明公布了一種移動(dòng)機(jī)器人的多脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器導(dǎo)航控制方法，屬于移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)點(diǎn)趨近自主導(dǎo)航控制器所屬領(lǐng)域，用于移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航控制。其技術(shù)方案是：本發(fā)明包括目標(biāo)點(diǎn)趨近控制器、沿墻行走控制器、避障行為控制器，控制器中采用了脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)融入時(shí)空信息。本方法在不同條件下設(shè)定各控制器權(quán)值，并根據(jù)不同控制器的權(quán)值順序作為控制器激活與否的判別順序，通過(guò)控制器激活及轉(zhuǎn)換條件的使用,實(shí)現(xiàn)各控制器之間的相互轉(zhuǎn)換。本發(fā)明通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的在線訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的在線自主學(xué)習(xí)，與先前的基于模塊化的控制器相比，控制策略簡(jiǎn)便易行，通過(guò)各控制器之間的轉(zhuǎn)換，更加有效、高精度地控制移動(dòng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)目標(biāo)點(diǎn)趨近導(dǎo)航控制任務(wù)。

本實(shí)用新型提出了一種基于模塊化設(shè)計(jì)的潛入式管道焊縫打磨機(jī)器人。本實(shí)用新型包括動(dòng)力模塊和打磨模塊。動(dòng)力模塊用于帶動(dòng)整個(gè)機(jī)器人在管道內(nèi)移動(dòng)；所述動(dòng)力模塊為了適應(yīng)管徑變化，分為上部、中部和下部。打磨模塊用于在管道的焊縫位置進(jìn)行打磨，打磨模塊由三部分構(gòu)成，包括前、后支撐結(jié)構(gòu)、主軸及其打磨進(jìn)給工作機(jī)構(gòu)。動(dòng)力模塊和打磨模塊使用萬(wàn)向節(jié)進(jìn)行連接，保證機(jī)器人在前進(jìn)和后退時(shí)兩個(gè)模塊的協(xié)調(diào)，在通過(guò)彎曲的管道時(shí)也能正常移動(dòng)。本實(shí)用新型由于采用模塊化設(shè)計(jì)，后續(xù)可以靈活地開(kāi)發(fā)探測(cè)、噴涂等模塊。

項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:隨著機(jī)器人技術(shù)的逐步完善,適于特殊作業(yè)的機(jī)器人種類也日益增多,其應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展到微電子制造,MEMS封裝與組裝,高精密機(jī)械加工與裝配,生物芯片制備,大范圍高速掃描檢測(cè)裝備等行業(yè).隨之而來(lái)的,各行業(yè)對(duì)機(jī)器人的性能指標(biāo)提出了越來(lái)越高的要求,追求機(jī)器人的高定位精度,高重復(fù)精度,高分辨力,同時(shí)還要求其工作范圍大,質(zhì)量輕,能耗低等,從而對(duì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求.在這樣的前提之下,為滿足