带力觉反馈的主从式遥微操作系统研制与实验研究-机械电子工程专业论文.docx

川唰叫qd 川唰叫qd 阳阳WA呻 刚刚川nu 恻唰川EJW 州州州Rdw m川川oo m川川41 . mY N叫ing University of Aeronautics and Astronautics 响le Graduate School College ofMechanical and Electrica1 Engineering Research and Experiments of a Master-Slave Tele-Micromanipulation System with Forcesensing Feedback A Thesis in Mechatronics Engineering by HAN Jiang-yi Advised by Prof. YOU You-peng Submitted in Partia1 Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy March ， 2010 ? ? 承诺书 本人声明所里交的博士学位论文是本人在导师指导下进 行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致 ? 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 (必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本承诺书) ? 1- ? . ? 南京航空航天大学博士学位论文 摘要 遥微操作技术是宏观遥控机器人技术在微操作领域的扩展应用，带力觉反馈的避微操作不 仅使得操作者直接参与微操作的控制，而且可实时感受微操作状态，有利于提高傲操作的灵巧 性、安全性和效事，是目前实现复杂微操作的主要手段，在微机电系统装配、生物工程操作以 及微创手术等领域具有广阔的应用前景.本文在国家自然科学基金项目智能微机电系统视觉/ ? 力觉/位移混合检测与控制技术(项目批准号: 5ω75078)的资助下，结合微操作/微装配的应用 需求，开展了带力反馈的主从式遭微操作技术研究和系统平台研制，包括主孚孚控器的优化设 计技术，带微力传感的微操作器的研制技术，道微操作控制技术及实验验证等.论文的主要工 作及创新点如下: 1)对微操作器的微力传感技术进行了研究，设计研制出两种带力传感的微操作器一一微夹 持器和探针式微操作器，并对其微力传感性能进行了实输和分析: 2) 对基于 Delta 机构的并联微操作手控器优化设计技术开展研究.首先针对带力反馈的微 操作手控糟的性能需求，提出了并联机构力传递能力的概念和表征方法，以 Delta 机构为例分 析了力传递能力在工作空间的分布:以此为基础，提出了考虑力传递能力稳定性、运动性能和 空间体积等多因素的手指器性能优化目标函数，对事控器进行了运动学分析、奇异分析和多目 栋优化设计:此外，还提出了一种乎控器位置精度赫定误差补偿方法，黑著提高了其输出精度: ? 3) 研究了带力反馈的遥微操作系统的控制技术。首先，以带力传感的微夹持器为基础，设 计了一个具有单自由度的力觉反馈的遥微夹持操作试验平台，实现了微夹持操作的力觉反馈， 并通过试验分析主手和从乎之间的位置跟踪、反馈力跟踪和时滞特性:其次，针对多自由度的 力觉反馈邂微操作的控制要求，研究了遥微操作的临场感技术、系统的动力模型、控制方案及 其实现技术; 的基于系统设计方案，研制了四自由度和三自由度的带力觉反馈的主从式遥微操作系统， 并开展了守主控器的重力补偿、力觉反馈遥微操作等…系列试验，验证了该力觉反馈遥微操作系 统的有效性，同时也体现了依据该系统进行微操作的岚巧性 ? ? 关键诩z 邂微操作/橄装配，微力传感，手控器，力觉反馈，力传递，优化设计 日 日 带力觉反馈的主从武壤微操作系统研制和实验研究 Abstract The technology of tele-micromanipulation means 由at 由e teJecontrol technology of robots is extended and 叩plied in micromanipulation field.ηle tele-micromanipulation wi伽如cre sensing feedback makes 0伊rators not only take part in the control of micromanipulation ，but also perceive 伽 micromanipulation sta能阳 time，e