四自由度并联两指微操作系统动力学建模仿真与实验研究

发布时间：2017-06-08 16:03

  本文关键词：四自由度并联两指微操作系统动力学建模仿真与实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近几十年来,随着医疗领域及生物工程领域的不断发展壮大,微操作技术越来越受到各方的重视。微操作是指借助电子显微镜等仪器设备实现对1mm以下的物体进行精细的操作和处理,例如,医疗及生物工程领域的科学家需要对生物体细胞作许多微操作,像移动、夹持、切片、穿刺等等,而运用微操作手可方便地实现上述操作,因此微操作手在这些领域中均具有良好的前景和重要的应用价值。本项研究基于直线超声电机的一系列优点,比如运动范围大,响应快,结构紧凑等,以其作为驱动元件,设计和改良了一款四自由度的微操作系统,位移分辨率为96μm,最大输出位移为2mm,可用于细胞及其他微小器件的夹取和移动操作。本项研究对于我国生物工程领域、医学领域以及微纳科学技术领域的发展具有积极的推进作用。本文详细介绍了一种以直线超声电机为驱动元件的四自由度并联两指微操作系统,首先介绍了其结构,阐述了其运动机理;通过ADAMS软件,建立了微操作手的动力学分析模型,进行了动力学仿真,分析得到了该微操作手的一系列运动参数及性能;最后通过实验的方法,对微操作手的性质进行进一步的研究,证明其可用性与实用性,同时对微操作手在使用过程中出现的机械漂移现象加以研究,对其产生原因及如何降低其对抓取和移动的影响作了描述。
【关键词】：微操作手 并联结构 动力学仿真 直线超声电机 机械漂移
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 引言12-13
• 1.2 国内外微操作手的发展历史及进展13-20
• 1.2.1 国外微操作手的发展历史及研究进展13-17
• 1.2.2 国内微操作手的发展历史及研究进展17-20
• 1.3 直线超声电机的研究和发展20-22
• 1.4 选择直线超声电机作为驱动器的原因22-24
• 1.5 本课题的研究意义目标及主要内容24-26
• 1.5.1 课题研究意义24
• 1.5.2 课题的研究的目标及主要内容24-26
• 第二章 微操作系统的结构设计及运动机理分析26-36
• 2.1 引言26-27
• 2.2 微操作手的结构介绍及方案比较27-32
• 2.2.1 微操作手的结构形式27-28
• 2.2.2 柔性铰链28-30
• 2.2.3 V型直线超声电机30
• 2.2.4 探针臂30-31
• 2.2.5 探针31
• 2.2.6 微操作手部分的总体构造31-32
• 2.3 二自由度平台32-33
• 2.4 微操作系统机械结构部分整体构造33-34
• 2.5 微操作手的运动学分析34-35
• 2.6 本章小结35-36
• 第三章 基于ADAMS的微操作手动力学建模与仿真36-50
• 3.1 引言36
• 3.2 ADAMS软件简介36-37
• 3.3 微操作手的动力学建模37-49
• 3.3.1 三维建模37-38
• 3.3.2 导入ADAMS软件38-39
• 3.3.3 材料及运动副的定义39-40
• 3.3.4 柔性铰链的柔性化40-43
• 3.3.5 STEP驱动函数的定义43
• 3.3.6 仿真分析43-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章 微操作系统的实验研究50-62
• 4.1 引言50
• 4.2 实验装置及设备50-54
• 4.2.1 微操作手原型机50-51
• 4.2.2 控制箱51-52
• 4.2.3 光栅尺52-53
• 4.2.4 可升降载物台53-54
• 4.2.5 显微镜系统54
• 4.3 实验研究54-60
• 4.3.1 微操作手部分电机最大输出位移测试54-55
• 4.3.2 微操作手的最大工作位移及平面轨迹测试55-57
• 4.3.3 微操作手运动步距测试57
• 4.3.4 微小物体抓取实验57-60
• 4.4 本章小结60-62
• 第五章 微操作手的机械漂移现象的研究62-69
• 5.1 引言62
• 5.2 漂移现象62-64
• 5.3 漂移现象的实验研究64-66
• 5.3.1 机械漂移的时间64-65
• 5.3.2 位移轨迹上机械漂移的分段研究65-66
• 5.4 产生机械漂移的原因猜想66-67
• 5.5 减小机械漂移影响的方法67-68
• 5.6 本章小结68-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 6.1 本文的主要工作69-70
• 6.2 进一步研究展望70-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-76
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王峗;姚志远;耿冉冉;;直线超声电机驱动的并联微操作手的结构设计[J];机器人;2015年05期

2 张禹;高金龙;刘慧芳;;微创外科机器人夹持手操作力感知机构研究[J];机械工程与自动化;2014年05期

3 张健滔;李朝东;;三棱柱形直线超声电机[J];中国电机工程学报;2014年36期

4 王宏民;闫志远;李勇;杜志江;刘荣强;;微创腹腔外科手术机器人主操作手优化与分析[J];哈尔滨工程大学学报;2013年10期

5 冯海兵;;一种并联宏/微驱动操作手的工作空间[J];光学精密工程;2013年03期

6 李杨民;汤晖;徐青松;，

本文编号：432992