力反饋主手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)若干關(guān)鍵問題研究.pdf

1、主從式手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)可以把人和機(jī)器人結(jié)合起來,以力反饋主手作為交互界面控制手術(shù)機(jī)器人進(jìn)入體內(nèi)進(jìn)行手術(shù)操作,既能利用人類具有的高級(jí)思維和決策能力,又能夠利用機(jī)器人具有的高精密度和準(zhǔn)確度。力反饋主手是主從式手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的重要組成部分,本文對(duì)力反饋主手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作空間分析、位姿誤差建模、重力平衡等關(guān)鍵問題進(jìn)行了深入研究,論文主要內(nèi)容和成果如下:
　　編寫了n自由度機(jī)器人機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和雅可比矩陣的計(jì)算程序,建立了主從運(yùn)動(dòng)學(xué)映射的數(shù)學(xué)

2、模型。
　　提出了一種計(jì)算n自由度正交機(jī)器人機(jī)構(gòu)工作空間的數(shù)值方法,先求出機(jī)器人機(jī)構(gòu)末端兩個(gè)關(guān)節(jié)對(duì)應(yīng)子工作空間的邊界曲面,在前一個(gè)關(guān)節(jié)建立參考坐標(biāo)系,將已知子工作空間的邊界曲面分成若干層,求出每一層上的截交線,定義截交線的兩個(gè)端點(diǎn)、半徑坐標(biāo)值最大點(diǎn)和最小點(diǎn)等為特征點(diǎn),根據(jù)這些特征點(diǎn)可生成前一級(jí)子工作空間的邊界曲線和邊界曲面,由此遞推可生成工作空間的邊界曲面,并計(jì)算出工作空間的體積值。以三自由度正交機(jī)器人機(jī)構(gòu)和PHANTOM力反饋主

3、手機(jī)構(gòu)為例進(jìn)行了仿真分析,結(jié)果表明該算法具有運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算量小、結(jié)果精確等優(yōu)點(diǎn),并且能適用于平行關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。
　　根據(jù)機(jī)器人機(jī)構(gòu)位姿誤差模型的連續(xù)性、等價(jià)性、比例性要求,以加入Hayati參數(shù)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型為基礎(chǔ),運(yùn)用Paul提出的機(jī)器人微分運(yùn)動(dòng)理論,提出了一種基于坐標(biāo)系分組的機(jī)器人機(jī)構(gòu)位姿誤差矢量的計(jì)算方法,簡(jiǎn)化了Veitschegger和Chi-haur Wu提出的基于桿件的位姿誤差矢量計(jì)算方法。建立了主從式手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的位姿誤差模

4、型,開發(fā)了基于MATLAB平臺(tái)的仿真程序,分析了由PHANTOM力反饋主手和Da Vinci手術(shù)機(jī)器人組成的主從式手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的位姿誤差在其工作空間截面內(nèi)的分布狀況。根據(jù)PHANTOM力反饋主手機(jī)構(gòu)的位置誤差模型,采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法,以各桿件運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)誤差作為試驗(yàn)因素,以位置誤差作為響應(yīng)變量,進(jìn)行了精度設(shè)計(jì)的仿真分析。
　　提出了一種彈簧重力平衡系統(tǒng)的能量分析方法,以具有平行四邊形輔助桿件的2自由度機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象,進(jìn)行了單關(guān)