3-PRR微动操作机器人分析与标定

论文摘要

随着科学技术的发展,微动技术的重要性日益显现,在精密制造、半导体工艺、生物技术和微创医疗领域都发挥着重要的作用,微动操作机器人则是实现微动技术的重要手段。本文所研究的3-PRR微动操作机器人为采用整体化制造的并联机构,机构中使用压电陶瓷作为驱动器,并用柔性铰链取代传统运动铰链,这种微动操作机器人具有结构紧凑,体积小,高精度,高刚度,抗干扰能力强等优点。本文从以下几个方面对该微动操作机器人进行了研究:1, 3-PRR机构运动学分析和解耦性分析该机构为平面机构,具有两个方向的移动和一个转动自由度。本文给出了该机构的位姿正、反解,并进行了微动条件下的简化,根据运动学分析的结果进而分析了该机构的解耦性。2,微动操作机器人的刚度分析由于该微动操作机器人采用柔性铰链代替传统铰链。本文研究了所使用的柔性铰链在各个方向上的柔度,在此基础上修正了运动学模型,引入柔性铰链的柔度,得到了机器人输入力和输出位移之间的关系。3,微动操作机器人标定针对将压电陶瓷的输入力或输入位移作为机构输入两种情况,本文从两个方面对此微动操作机器人进行标定,一种为运动学标定,另外一种为刚度矩阵的标定。本文的工作将有助于进一步提高提高微动操作机器人的精度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 微动操作机器人的特点及发展
• 1.2.1 并联机构的发展和应用
• 1.2.2 柔性铰链和柔顺机构
• 1.2.3 压电陶瓷驱动器
• 1.2.4 微动操作机器人的应用
• 1.3 课题意义、来源和主要研究内容
• 1.3.1 课题意义
• 1.3.2 课题来源
• 1.3.3 本文主要内容
• 第二章 3-PRR 微动操作机器人运动学分析
• 2.1 引言
• 2.2 3-PRR 微动操作机器人简介
• 2.3 3-PRR 机构运动学分析
• 2.3.1 位置反解
• 2.3.2 速度、加速度分析
• 2.3.3 位置正解
• 2.4 微分运动的简化运动学方程
• 2.4.1 微分运动简化的数学基础
• 2.4.2 运动学方程的简化
• 2.4.3 简化雅可比矩阵精度分析
• 2.5 解耦性分析
• 2.6 本章小结
• 第三章3-PRR 微动操作机器人刚度分析
• 3.1 引言
• 3.2 柔性铰链分析
• 3.2.1 柔性铰链简介
• 3.2.2 柔性铰链刚度分析
• 3.3 3-PRR 微动操作机器人刚度分析
• 3.3.1 支链运动学分析
• 3.3.2 机构刚度分析
• 3.4 基于刚度的工作空间分析
• 3.5 有限元仿真
• 3.5.1 ANSYS 简介
• 3.5.2 ANSYS 有限元仿真
• 3.6 本章小结
• 第四章 3-PRR 微动操作机器人运动学标定
• 4.1 引言
• 4.2 标定的基本理论
• 4.3 标定模型
• 4.3.1 误差来源
• 4.3.2 标定建模
• 4.3.3 误差源影响分析
• 4.4 标定仿真
• 4.4.1 标定的过程
• 4.4.2 标定仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 3-PRR 微动操作机器人刚度矩阵标定
• 5.1 引言
• 5.2 刚度矩阵标定
• 5.2.1 刚度矩阵标定模型
• 5.2.2 刚度矩阵标定仿真
• 5.3 有限元分析验证
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读工学硕士期间已发表或录用的论文