帶力覺反饋的主從式遙微操作系統(tǒng)研制與實驗研究.pdf

1、遙微操作技術(shù)是宏觀遙控機器人技術(shù)在微操作領(lǐng)域的擴展應(yīng)用,帶力覺反饋的遙微操作不僅使得操作者直接參與微操作的控制,而且可實時感受微操作狀態(tài),有利于提高微操作的靈巧性、安全性和效率,是目前實現(xiàn)復(fù)雜微操作的主要手段,在微機電系統(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。本文在國家自然科學(xué)基金項目“智能微機電系統(tǒng)視覺/力覺/位移混合檢測與控制技術(shù)”(項目批準號:50275078)的資助下,結(jié)合微操作/微裝配的應(yīng)用需求,開展了帶力反

2、饋的主從式遙微操作技術(shù)研究和系統(tǒng)平臺研制,包括主手手控器的優(yōu)化設(shè)計技術(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)及實驗驗證等。論文的主要工作及創(chuàng)新點如下:
　　 1)對微操作器的微力傳感技術(shù)進行了研究,設(shè)計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,并對其微力傳感性能進行了實驗和分析；
　　 2)對基于Delta機構(gòu)的并聯(lián)微操作手控器優(yōu)化設(shè)計技術(shù)開展研究。首先針對帶力反饋的微操作手控器的性能需求,提

3、出了并聯(lián)機構(gòu)力傳遞能力的概念和表征方法,以Delta機構(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、運動性能和空間體積等多因素的手控器性能優(yōu)化目標函數(shù),對手控器進行了運動學(xué)分析、奇異分析和多目標優(yōu)化設(shè)計；此外,還提出了一種手控器位置精度標定誤差補償方法,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)計了一個具有單自由度的力覺反饋的遙

4、微夾持操作試驗平臺,實現(xiàn)了微夾持操作的力覺反饋,并通過試驗分析主手和從手之間的位置跟蹤、反饋力跟蹤和時滯特性；其次,針對多自由度的力覺反饋遙微操作的控制要求,研究了遙微操作的臨場感技術(shù)、系統(tǒng)的動力模型、控制方案及其實現(xiàn)技術(shù)；
　　 4)基于系統(tǒng)設(shè)計方案,研制了四自由度和三自由度的帶力覺反饋的主從式遙微操作系統(tǒng),并開展了手控器的重力補償、力覺反饋遙微操作等一系列試驗,驗證了該力覺反饋遙微操作系統(tǒng)的有效性,同時也體現(xiàn)了依據(jù)該系統(tǒng)進行