帶力覺(jué)反饋的主從式遙微操作系統(tǒng)研制與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、遙微操作技術(shù)是宏觀遙控機(jī)器人技術(shù)在微操作領(lǐng)域的擴(kuò)展應(yīng)用,帶力覺(jué)反饋的遙微操作不僅使得操作者直接參與微操作的控制,而且可實(shí)時(shí)感受微操作狀態(tài),有利于提高微操作的靈巧性、安全性和效率,是目前實(shí)現(xiàn)復(fù)雜微操作的主要手段,在微機(jī)電系統(tǒng)裝配、生物工程操作以及微創(chuàng)手術(shù)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“智能微機(jī)電系統(tǒng)視覺(jué)/力覺(jué)/位移混合檢測(cè)與控制技術(shù)”(項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào):50275078)的資助下,結(jié)合微操作/微裝配的應(yīng)用需求,開(kāi)展了帶力反

2、饋的主從式遙微操作技術(shù)研究和系統(tǒng)平臺(tái)研制,包括主手手控器的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù),帶微力傳感的微操作器的研制技術(shù),遙微操作控制技術(shù)及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等。論文的主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　 1)對(duì)微操作器的微力傳感技術(shù)進(jìn)行了研究,設(shè)計(jì)研制出兩種帶力傳感的微操作器--馓夾持器和探針式微操作器,并對(duì)其微力傳感性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和分析；
　　 2)對(duì)基于Delta機(jī)構(gòu)的并聯(lián)微操作手控器優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)開(kāi)展研究。首先針對(duì)帶力反饋的微操作手控器的性能需求,提

3、出了并聯(lián)機(jī)構(gòu)力傳遞能力的概念和表征方法,以Delta機(jī)構(gòu)為例分析了力傳遞能力在工作空間的分布:以此為基礎(chǔ),提出了考慮力傳遞能力穩(wěn)定性、運(yùn)動(dòng)性能和空間體積等多因素的手控器性能優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),對(duì)手控器進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、奇異分析和多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)；此外,還提出了一種手控器位置精度標(biāo)定誤差補(bǔ)償方法,顯著提高了其輸出精度；
　　 3)研究了帶力反饋的遙微操作系統(tǒng)的控制技術(shù)。首先,以帶力傳感的微夾持器為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了一個(gè)具有單自由度的力覺(jué)反饋的遙

4、微夾持操作試驗(yàn)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了微夾持操作的力覺(jué)反饋,并通過(guò)試驗(yàn)分析主手和從手之間的位置跟蹤、反饋力跟蹤和時(shí)滯特性；其次,針對(duì)多自由度的力覺(jué)反饋遙微操作的控制要求,研究了遙微操作的臨場(chǎng)感技術(shù)、系統(tǒng)的動(dòng)力模型、控制方案及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)；
　　 4)基于系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,研制了四自由度和三自由度的帶力覺(jué)反饋的主從式遙微操作系統(tǒng),并開(kāi)展了手控器的重力補(bǔ)償、力覺(jué)反饋遙微操作等一系列試驗(yàn),驗(yàn)證了該力覺(jué)反饋遙微操作系統(tǒng)的有效性,同時(shí)也體現(xiàn)了依據(jù)該系統(tǒng)進(jìn)行