【摘 要】
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在精密加工、生物医学和微电子等精密工程领域,对精微运动的需求越来越多,这促进了机器人的一个新应用领域——微操作机器人的发展。由于并联机构具有运动链封闭、刚性好、关
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在精密加工、生物医学和微电子等精密工程领域,对精微运动的需求越来越多,这促进了机器人的一个新应用领域——微操作机器人的发展。由于并联机构具有运动链封闭、刚性好、关节误差累积小、运动精度高,且运动学逆解求解简单等优点,使得并联机构在并联微操作机器人领域的应用获得了迅猛发展。本文以四自由度并联微操作机器人为研究对象,对其进行了较为深入、系统的研究。论文首先对微操作机器人运动学进行了分析。结合微操作机器人的特点,推导出了并联机构的运动学方程的微分变换形式,进而导出了微位移增量矩阵的一般表达式以及输入输出位移的雅可比矩阵,建立了微操作机器人的运动学方程、速度方程、加速度方程的显式正逆表达式。在微操作机器人应用领域雅可比矩阵为一常数矩阵。上述工作为微操作机器人运动特性研究奠定了理论基础。由于微操作机器人的运动范围很小,机构结构误差和驱动误差都会造成机器人操作精度的严重降低,因此精度是微操作机器人重要的性能指标。在前面分析的基础上,论文进一步分析了其静力学性能,讨论了终端位姿摄动位移与柔性铰链的微变形间的映射关系,进而利用虚功原理建立了并联柔性机器人的静刚度模型。研究结果表明微操作机器人的静刚度不仅与传动刚度有关而且与柔性铰链的刚度有关。微操作机器人静刚度特性的研究结果可用于指导机构的优化设计。在机构静刚度分析的基础上,论文全面分析了微操作机器人的误差来源,并分别讨论了两种误差建模方法——基于矢量代数的环路增量误差建模法和基于广义几何误差建模法,建立了各类误差源和机器人终端位姿误差的统一关系式,进而讨论了误差补偿软件法的基本原理,之后借助Matlab软件分析了误差与机构参数之间的影响关系。所得结论可用于指导微操作机器人实验样机的研制。微操作机器人虚拟样机建模与运动仿真是微操作机器人研究的一项很重要的内容。论文分析了微操作机器人虚拟现实系统的结构框架及其关键技术,讨
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