多操作机排牙机器人的结构分析及三维参数化运动仿真

论文摘要

基于多操作机的排牙机器人是一套计算机辅助设计、机器人辅助操作的全口义齿制作系统。它可以替代牙科医师在全口义齿制作中的大部分工作,不但比他们更精确地以数字的方式操作,而且能实现定量排牙,确保义齿质量,提高效率,降低成本的目的。此系统的研制不但会改变目前全口义齿制作的手工操作模式,而且也极大的促进机器人技术及口腔修复医学的发展。本文基于多操作机排牙机器人的研究,首先通过分析其整体结构及工作原理,并重点用ANSYS软件对牙弓曲线发生器进行在静态和动态下分析,用得到的最大应力应变值校验其结构安全性。然后运用ANSYS与ADAMS联合仿真的方法,先简化总体模型,再对多操作机排牙机器人进行运动仿真得到机器人运动时的三维视觉效果;并通过在ADAMS中建立传感器以判断排牙机器人各操作机的运动是否干涉,这样为排牙机器人的轨迹规划及有效排牙提供必要的可视化辅助。其中联合仿真技术是本文的关键技术,此方法充分利用了两大软件的优势,它解决了牙弓曲线发生器在ADAMS中以刚性体形式无法仿真的问题,通过在ANSYS中建立柔性体模型,替代ADAMS中的刚性体模型完成运动仿真,得到其在动态下的载荷情况后,再将它提供给ANSYS对其完成其在动态下的应力应变分析。本文在最后结合VC++开发了ADAMS用户子程序和用户界面,实现了VC与ADAMS的连接以及驱动参数的传递。本文的研究对结构分析,柔性体的建模与以及ANSYS,ADAMS软件之间的联合仿真与ADAMS子程序的开发这几个方面具有重要的参考意义,并为进一步建立多操作机排牙机器人实时自动化的仿真系统奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 排牙机器人与仿真技术概况
• 1.3 国内外排牙机器人与仿真的研究现状
• 1.4 课题的主要研究内容
• 第2章 结构分析与建模仿真理论基础
• 2.1 结构分析的数值方法
• 2.1.1 数值分析
• 2.1.2 有限元法的基本思想
• 2.1.3 有限元的基本要素
• 2.1.4 有限元法解题基本步骤
• 2.2 有限元软件ANSYS 简介
• 2.2.1 ANSYS 的发展
• 2.2.2 ANSYS 的基本组成
• 2.2.3 ANSYS 的功能简介
• 2.3 柔性体建模理论
• 2.3.1 柔性体的表示
• 2.3.2 柔性体运动微分方程
• 2.4 建模仿真环境
• 2.4.1 建模软件UG 介绍
• 2.4.2 仿真软件选择
• 2.5 本章小结
• 第3章 多操作机排牙机器人的结构分析
• 3.1 多操作机排牙机器人的结构简介
• 3.2 牙弓曲线发生器的结构分析
• 3.2.1 模型的建立
• 3.2.2 网格划分
• 3.2.3 加载和求解
• 3.2.4 静态下应力应变分析
• 3.2.5 动态下应力应变分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 多操作机排牙机器人的运动仿真
• 4.1 仿真方法的选择
• 4.2 模型的简化
• 4.3 多操作机排牙机器人的联合仿真
• 4.3.1 联合仿真方法简介
• 4.3.2 牙弓曲线发生器柔性体模型的建立
• 4.3.3 多操作机排牙机器人运动仿真
• 4.4 本章小结
• 第5章 多操作机排牙机器人参数化运动仿真的研究
• 5.1 参数化运动的目的
• 5.2 ADAMS 用户子程序的创建
• 5.2.1 ADAMS 用户子程序简介
• 5.2.2 创建用户子程序
• 5.2.3 驱动子程序的研究开发
• 5.3 VC++用户界面的建立
• 5.3.1 创建用户界面
• 5.3.2 界面的使用
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢