少自由度微操作機(jī)器人機(jī)構(gòu)分析及運(yùn)動(dòng)仿真的研究.pdf

1、在精密加工、生物醫(yī)學(xué)和微電子等精密工程領(lǐng)域，對(duì)精微運(yùn)動(dòng)的需求越來(lái)越多,這促進(jìn)了機(jī)器人的一個(gè)新應(yīng)用領(lǐng)域——微操作機(jī)器人的發(fā)展。由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有運(yùn)動(dòng)鏈封閉、剛性好、關(guān)節(jié)誤差累積小、運(yùn)動(dòng)精度高，且運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解求解簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，使得并聯(lián)機(jī)構(gòu)在并聯(lián)微操作機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用獲得了迅猛發(fā)展。本文以四自由度并聯(lián)微操作機(jī)器人為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行了較為深入、系統(tǒng)的研究。
　　論文首先對(duì)微操作機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了分析。結(jié)合微操作機(jī)器人的特點(diǎn)，推導(dǎo)出了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的

2、運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的微分變換形式，進(jìn)而導(dǎo)出了微位移增量矩陣的一般表達(dá)式以及輸入輸出位移的雅可比矩陣，建立了微操作機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程、速度方程、加速度方程的顯式正逆表達(dá)式。在微操作機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域雅可比矩陣為一常數(shù)矩陣。上述工作為微操作機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性研究奠定了理論基礎(chǔ)。
　　由于微操作機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)范圍很小，機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)誤差和驅(qū)動(dòng)誤差都會(huì)造成機(jī)器人操作精度的嚴(yán)重降低，因此精度是微操作機(jī)器人重要的性能指標(biāo)。在前面分析的基礎(chǔ)上，論文進(jìn)一步分析了其靜力學(xué)

3、性能，討論了終端位姿攝動(dòng)位移與柔性鉸鏈的微變形間的映射關(guān)系，進(jìn)而利用虛功原理建立了并聯(lián)柔性機(jī)器人的靜剛度模型。研究結(jié)果表明微操作機(jī)器人的靜剛度不僅與傳動(dòng)剛度有關(guān)而且與柔性鉸鏈的剛度有關(guān)。微操作機(jī)器人靜剛度特性的研究結(jié)果可用于指導(dǎo)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　在機(jī)構(gòu)靜剛度分析的基礎(chǔ)上，論文全面分析了微操作機(jī)器人的誤差來(lái)源，并分別討論了兩種誤差建模方法——基于矢量代數(shù)的環(huán)路增量誤差建模法和基于廣義幾何誤差建模法，建立了各類誤差源和機(jī)器人終端位

4、姿誤差的統(tǒng)一關(guān)系式,進(jìn)而討論了誤差補(bǔ)償軟件法的基本原理，之后借助Matlab軟件分析了誤差與機(jī)構(gòu)參數(shù)之間的影響關(guān)系。所得結(jié)論可用于指導(dǎo)微操作機(jī)器人實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的研制。
　　微操作機(jī)器人虛擬樣機(jī)建模與運(yùn)動(dòng)仿真是微操作機(jī)器人研究的一項(xiàng)很重要的內(nèi)容。論文分析了微操作機(jī)器人虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架及其關(guān)鍵技術(shù)，討論了采用Visual Basic語(yǔ)言對(duì)SolidWorks2004三維造型仿真平臺(tái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的基本原理和方法，在此基礎(chǔ)上對(duì)微操作機(jī)器