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两级串并联微操作机器人运动学研究及监控系统开发

作　者: 许意华
导　师: 费仁元
学　校: 北京工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 微操作机器人 串并联机构 运动学 遥控 遗传算法
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2001年
下　载: 196次
引　用: 2次
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内容摘要


随着微机电系统（MEMS）的日益微型化和集成化，对于装配微型器件所用的微操作机器人的操作精度也要求越来越高。传统串联机构形式的微操作机器人由于存在着固有的运动链长、刚性差、存在着误差累计等缺陷，操作精度非常有限，已不能适应MEMS技术发展的需要。相反，并联机构具有运动链封闭、刚性好、无关节误差累积、运动精度高，且运动学逆解求解非常简单等优点，使得这类机构非常适合于用作微操作机器人机构，因而，研究基于并联机构的微操作机器人系统具有现实的工程意义。 本论文以3-PTT构型的三自由度并联机构为对象，研究了具有串并联结构形式的微操作机器人机构的位置正逆解问题，利用机构微动的特性对分析过程进行简化，得到形式极为简单的位置正逆解输入输出方程；利用该方程，本论文对该微操作机器人机构进行了工作空间分析，讨论了机构结构因素对工作空间的影响。由于所研究的微操作机器人运动范围很微小，机构结构误差及驱动误差都可能造成机器人的操作精度严重降低，为评价这些机构误差对运动精度的影响，本论文以矢量法对该机器人机构进行了误差分析，并讨论了误差补偿的软件法；此外，论文还进一步研究了遗传算法在并联机器人机构学研究中的应用，为并联机器人位置正解问题求解提出一种新思路。最后，论文讨论了微操作监控系统的构成，针对本课题微操作机器人所特有的两级串并联结构形式设计了相应的控制策略，并简要介绍了基于Winows操作系统和Visual C++计算机编程语言的微操作监控软件。

全文目录


第一章 绪论  9-14
  1．1 引言  9
  1．2 并联微操作机器人系统的国内外研究现状  9-13
    1．2．1 国外研究现状  9-12
    1．2．2 国内研究现状  12-13
  1．3 论文的主要内容  13-14
第二章 串并联微操作机器人机构设计  14-23
  2．1 引言  14
  2．2 机构选型  14-18
    2．2．1 常见的并联机构模型  14-16
    2．2．2 并联机构选型的指导性原则  16-18
  2．3 非常规柔性铰链运动副  18
  2．4 两级3-PTT串并联微操作机器人机构  18-22
    2．4．1 3-PTT并联微操作机器人机构  19-20
    2．4．2 两级3-PTT串并联微操作机器人机构  20-22
  2．5 小结  22-23
第三章 并联微操作机器人位置运动学分析  23-42
  3．1 引言  23-24
  3．2 3-PTT并联机构位置逆解分析  24-26
  3．3 3-PTT并联机构位置正解分析  26-31
    3．3．1 3-PTT并联机构位置正解问题解析解法  27-29
    3．3．2 串并联机器人主操作指末端点的位置正逆解方程  29-31
  3．4 两级3-PTT串并联机构位置正逆解问题分析  31-36
  3．5 3-PTT并联机构位置正逆解求解仿真  36-37
    3．5．1 仿真策略  36-37
    3．5．2 仿真结果  37
  3．6 小结  37-42
第四章 并联微操作机器人工作空间分析  42-57
  4．1 引言  42-43
  4．2 并联机器人工作空间的影响因素  43-46
    4．2．1 驱动杆最大伸长量的限制  43-44
    4．2．2 运动副转角的限制  44-45
    4．2．3 杆件的运动干涉限制  45-46
  4．3 3-PTT并联微操作机器人工作空间的圆柱坐标搜索法  46-50
    4．3．1 圆柱坐标搜索法的基本步骤  46-47
    4．3．2 圆柱坐标法工作空间搜索仿真  47-50
  4．4 工作空间球坐标搜索法  50-53
    4．4．1 工作空间球坐标搜索法基本步骤  50-53
    4．4．2 工作空间球坐标搜索法仿真  53
  4．5 两级3-PTT串并联机构工作空间搜索的Monte Carlo法  53-54
  4．6 机构结构参数对工作空间的影响  54
  4．7 小结  54-57
第五章 并联微操作机器人机构误差分析和补偿理论  57-67
  5．1 引言  57-58
  5．2 3-PTT并联机构的误差分析  58-60
  5．3 两级3-PTT串并联机构的误差分析  60-64
  5．4 并联微操作机器人误差补偿  64-66
  5．5 小结  66-67
第六章 遗传算法及其在并联机器人机构学理论中的应用  67-76
  6．1 引言  67-68
  6．2 并联机器人机构位置正解的遗传算法求解  68-73
    6．2．1 位置逆解求解  69-70
    6．2．2 适合度函数的确定  70-71
    6．2．3 与算法相关的问题  71-73
  6．3 仿真实例  73-74
  6．4 小结  74-76
第七章 两级3-PTT串并联微操作机器人监控系统  76-81
  7．1 引言  76
  7．2 监控系统的基本构成  76-77
  7．3 微操作控制策略  77-79
  7．4 微操作监控软件简介  79
  7．5 小结  79-81
第八章 总结  81-83
攻读硕士学位期间发表论文  83-84
致谢  84-85
参考文献  85-89

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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