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机器人辅助柔性针穿刺路径的悬臂梁预测模型

清华大学学报（自然科学版） 2011年第8期51卷 1078-1083页

作者：郑浩峻姚望高德东 Carl McGill 清华大学精密仪器与机械学系青海大学机械系密西根大学生物医疗工程系

路径操控技术是机器人辅助柔性针穿刺的重要技术之一。软组织变形、多层软组织相对滑移和针挠曲是引起靶点位置移动,降低穿刺精度的3个主要原因。该文在研究针受力的基础上,利用柔性针挠曲规律提出了一种预测穿刺路径的悬臂梁模型,通过... 详细信息

路径操控技术是机器人辅助柔性针穿刺的重要技术之一。软组织变形、多层软组织相对滑移和针挠曲是引起靶点位置移动,降低穿刺精度的3个主要原因。该文在研究针受力的基础上,利用柔性针挠曲规律提出了一种预测穿刺路径的悬臂梁模型,通过准静态过程将柔性针分为有限段并将每段都视为一个悬臂梁,从而建立起三维空间中针体路径预测算法。仿真实验表明,该模型能够实现柔性针路径预测功能,为机器人辅助柔性针穿刺路径规划和避障运动提供了理论基础。

关键词：机器人辅助针穿刺针挠曲悬臂梁路径预测

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可重构机器人单元结构设计及组合特性分析

机械工程学报 2003年第7期39卷 34-37页

作者：郑浩峻汪劲松李铁民清华大学精密仪器与机械学系北京100084

建立了可重构机器人的一般化模块单元结构模型,定义了单元的组合表面,根据单元模型的几何外形和组合面的几何对称性,对其组合特性进行了分析。在此基础上,针对机器人转动关节的结构和运动特点,分别建立了摆动单元和旋转单元的可重构模型... 详细信息

建立了可重构机器人的一般化模块单元结构模型,定义了单元的组合表面,根据单元模型的几何外形和组合面的几何对称性,对其组合特性进行了分析。在此基础上,针对机器人转动关节的结构和运动特点,分别建立了摆动单元和旋转单元的可重构模型,同辅助单元共同组成可重构机器人系统的基本组合单元,并根据单元的几何结构,利用组合数学理论分别对其组合特性进行了研究。最后,利用这3种基本单元组合装配了一种与实际系统相对应的五足步行机器人,表明提出的可重构单元具有一定的可行性和实用性。

关键词：可重构机器人摆动单元旋转单元组合特性结构设计

非线性方程组解集边界求解方法及其在并联机构分析中的应用

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机械工程学报 2004年第12期40卷 100-104页

作者：叶佩青李铁民郑浩峻清华大学精密仪器与机械学系北京100084

并联机构的结构使其输入和输出运动之间具有复杂的非线性关系,在该类机构的运动学、动力学、作业空间、误差分析及运动控制中均涉及大量的非线性方程组求解。介绍一种含参数的非线性方程组的解集边界求解方法,基于流形理论和数值化连续... 详细信息

并联机构的结构使其输入和输出运动之间具有复杂的非线性关系,在该类机构的运动学、动力学、作业空间、误差分析及运动控制中均涉及大量的非线性方程组求解。介绍一种含参数的非线性方程组的解集边界求解方法,基于流形理论和数值化连续算法,可直接搜索出一个非线性系统的解集边界,计算速度快、效率高。利用上述算法,对一台实际的4自由度并联机床进行了作业空间边界的求解和分析,验证了算法的实用性和有效性。

关键词：并联机构非线性解集边界

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可重构机器人树状拓扑结构

清华大学学报（自然科学版） 2002年第11期42卷 1480-1483页

作者：郑浩峻李铁民王立平清华大学精密仪器与机械学系北京100084

在可重构机器人的设计和应用中,需要对不同单元组合的拓扑结构进行研究和分析,为此提出了一种新的可重构机器人单元结构模型。在此基础上,研究了可重构机器人的非同构树状拓扑结构列举问题。通过规则层序列的递推算法得到所有单元组合... 详细信息

在可重构机器人的设计和应用中,需要对不同单元组合的拓扑结构进行研究和分析,为此提出了一种新的可重构机器人单元结构模型。在此基础上,研究了可重构机器人的非同构树状拓扑结构列举问题。通过规则层序列的递推算法得到所有单元组合的有根树状结构,再利用基本层序列的判断条件,直接从递推结果中选取非同构的自由树状拓扑结构,简化并改进了相应的列举算法。最后对非同构拓扑树的结构及其数目进行了仿真计算。结果表明,文中所述算法可以根据一组给定单元结点计算出所有的单元组合非同构树状拓扑结构。

关键词：可重构机器人树状拓扑结构组合结构非同构仿真计算

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基于生物中枢模式发生器原理的四足机器人

清华大学学报（自然科学版） 2004年第2期44卷 166-169页

作者：郑浩峻张秀丽关旭汪劲松清华大学精密仪器及机械学系北京100084

传统由人工规划产生的步态是比较僵硬的、缓慢的,缺乏灵活的自组织能力,与真正的动物步态存在很大差别。该文提出了机器人生物步态的概念。以生物的中枢模式发生器(centralpatterngenerator,CPG)模型为核心建立四足机器人运动控制系统,... 详细信息

传统由人工规划产生的步态是比较僵硬的、缓慢的,缺乏灵活的自组织能力,与真正的动物步态存在很大差别。该文提出了机器人生物步态的概念。以生物的中枢模式发生器(centralpatterngenerator,CPG)模型为核心建立四足机器人运动控制系统,建立CPG网络的权重矩阵与步态的对应关系。采用不同的权重矩阵得到四足机器人的典型步态。根据哺乳动物的肢体运动关系,建立机器人膝髋关节运动关系方程。通过仿真验证了基于生物CPG控制机理的机器人节律运动控制方法是有效的,机器人生物步态的实现是可能的。

关键词：机器人技术中枢模式发生器四足机器人节律运动生物步态运动控制系统

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并联机床铰链制造误差的补偿

清华大学学报（自然科学版） 2003年第5期43卷 617-620页

作者：高猛李铁民郑浩峻汪劲松清华大学精密仪器与机械学系北京100084

为减小铰链制造误差,提高并联机床运动精度,以六自由度并联机床XNZ63为结构模型,分析了铰链的各种制造误差。利用Denavit-Hartenberg(D-H)方法,建立包含铰链制造误差的运动学方程,通过仿真计算得到工作空间内铰链制造误差对终端运动精... 详细信息

为减小铰链制造误差,提高并联机床运动精度,以六自由度并联机床XNZ63为结构模型,分析了铰链的各种制造误差。利用Denavit-Hartenberg(D-H)方法,建立包含铰链制造误差的运动学方程,通过仿真计算得到工作空间内铰链制造误差对终端运动精度的影响规律。将铰链制造误差映射为驱动轴长度误差,并据此开发出误差实时补偿算法。仿真表明:在测量扰动为0.01mm时该算法仍可补偿约80%的误差影响,补偿每个位姿点仅耗时0.3ms左右,符合数控系统实时性要求,为含有同类铰链的并联机床提供了高效通用的铰链制造误差补偿算法。

关键词：并联机床铰链制造误差误差分析误差补偿驱动轴长度误差

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并联机床刀位文件生成及后置处理

清华大学学报（自然科学版） 2003年第5期43卷 609-612,616页

作者：李铁民郑浩峻汪劲松段广洪清华大学精密仪器与机械学系北京100084

以6-TPS型并联机床为结构模型,阐述了数控代码生成原理及无干涉刀位文件的生成方法。给出了机床后置处理的公式化描述,建立了后置处理器的系统框架,探讨了后置处理过程中坐标变换和作业空间检验,提出了利用多余自由度优化动平台位姿的... 详细信息

以6-TPS型并联机床为结构模型,阐述了数控代码生成原理及无干涉刀位文件的生成方法。给出了机床后置处理的公式化描述,建立了后置处理器的系统框架,探讨了后置处理过程中坐标变换和作业空间检验,提出了利用多余自由度优化动平台位姿的策略。研究了通过优化一组刀位文件的综合误差度来确定工件坐标系定位矢量的方法,提出了基于刀轴矢量的Descartes空间插补算法。提出的系统结构及算法已经在多台并联机床开发中得到应用和验证。

关键词：并联机床刀位文件后置处理数控代码生成方法数控机床算法

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步行机相交面运动规划

清华大学学报（自然科学版） 1999年第2期39卷 49-53页

作者：郑浩峻汪劲松陈恳清华大学精密仪器与机械学系

针对步行机的一般结构特征，提出一种步行机在任意夹角相交面上的运动规划，对其在各种不同情况下的相应运动过程分别进行了分析。根据步行机车体姿态调整能力，以最大调整姿态角和最少相交面落足点变化为优化目标，建立了运动模型，同... 详细信息

针对步行机的一般结构特征，提出一种步行机在任意夹角相交面上的运动规划，对其在各种不同情况下的相应运动过程分别进行了分析。根据步行机车体姿态调整能力，以最大调整姿态角和最少相交面落足点变化为优化目标，建立了运动模型，同时确定出最佳初始状态。最后，对几种典型的相交面运动进行了仿真和实验，结果表明，步行机能够成功地实现在不同夹角相交面上的运动。应用该运动规划和优化算法，可以充分发挥步行机灵活的运动能力，大大简化其在相交面上的运动过程。

关键词：步行机相交面运动规划机器人爬壁机器人

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四足机器人高速动态行走中后腿拖地问题研究

高技术通讯 2011年第4期21卷 404-410页

作者：张秀丽曾翔宇郑浩峻北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 清华大学精密仪器与机械学系北京100084

进行了用配重法和姿态调整法消除四足机器人Biosbot高速动态行走时由于重心偏置产生的后腿拖地现象的研究。进行的虚拟样机仿真及实物机器人实验验证了这两种方法的有效性。研究发现，配重法使机器人腿关节承受额外负载，极易造成轴联... 详细信息

进行了用配重法和姿态调整法消除四足机器人Biosbot高速动态行走时由于重心偏置产生的后腿拖地现象的研究。进行的虚拟样机仿真及实物机器人实验验证了这两种方法的有效性。研究发现，配重法使机器人腿关节承受额外负载，极易造成轴联接件磨损、变形；姿态调整法效果比较明显，但也存在摆动腿足端回缩、质心回缩振荡等问题，会导致机器人运动速度和行走效率降低，这些问题可以通过提高机器人运动频率得到一定程度的改善。因此，将调整姿态和提高步行频率结合起来，是解决后腿拖地问题的较好方法。

关键词：四足机器人动态行走翻转力矩配重法姿态调整