中醫(yī)推拿機(jī)器人末端執(zhí)行器的性能研究與優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、中醫(yī)推拿作為一種行之有效的醫(yī)療保健手段已具有2000多年的發(fā)展史了，一直是緩解和治療人們腰腿疼痛的首選手段。但目前各大醫(yī)院的臨床治療仍由有經(jīng)驗的推拿師人工進(jìn)行完成的。由于推拿工作是一項繁重的體力勞動，一個療程下來推拿師要付出巨大的體力勞動，另外推拿療效的好壞與推拿師的經(jīng)驗及情緒等因素息息相關(guān)，從而限制了具有最潔凈優(yōu)點的中醫(yī)推拿技術(shù)的廣泛推廣與應(yīng)用。因此，研制推拿機(jī)器人來代替推拿師的勞動將具有重要的現(xiàn)實意義和實用價值。
　　本文在前

2、人研究的基礎(chǔ)上，對推拿機(jī)器人末端執(zhí)行器進(jìn)行了性能分析和優(yōu)化設(shè)計，具體研究工作如下:
　　1、對中醫(yī)推拿機(jī)器人末端執(zhí)行器并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)性能分析。采用坐標(biāo)變換法對該并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了位置正反解分析，得到了位置方程，對其進(jìn)行求導(dǎo)得到機(jī)構(gòu)的速度和加速度正反解表達(dá)式，借助MATLAB與ADAMS軟件分別繪制出了正反解理論曲線和仿真曲線，通過對比理論曲線和仿真曲線驗證理論分析結(jié)果的正確性。以雅克比矩陣條件數(shù)和全域條件數(shù)作為運(yùn)動學(xué)性能評價指標(biāo)，

3、分析了現(xiàn)有推拿機(jī)器人末端執(zhí)行器的雅克比矩陣條件數(shù)的分布及整個工作空間內(nèi)的全域條件數(shù)，探討了機(jī)構(gòu)各尺寸參數(shù)對雅克比矩陣條件數(shù)和全域條件數(shù)的影響，并借助MATLAB軟件繪制了相應(yīng)的圖譜。
　　2、采用拉格朗日法建立了中醫(yī)推拿機(jī)器人末端執(zhí)行器并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動力學(xué)模型，求出了兩移動副關(guān)節(jié)平衡驅(qū)動力的數(shù)學(xué)表達(dá)式。通過MATLAB和ADAMS的聯(lián)合仿真驗證所建動力學(xué)模型正確性并分析了該并聯(lián)機(jī)構(gòu)各尺寸參數(shù)對驅(qū)動力的影響。采用虛功原理求出了該機(jī)構(gòu)的力

4、雅克比矩陣，在此基礎(chǔ)上，求出了作為力學(xué)性能評價指標(biāo)的力靈巧度及力全域條件數(shù)表達(dá)式，分析了機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)對力靈巧度和力全域條件數(shù)的影響，以及原有推拿機(jī)器人末端執(zhí)行器的力靈巧度和力全域條件數(shù)，并借助MATLAB繪制了相應(yīng)的圖譜。
　　3、分別以全域條件數(shù)、驅(qū)動力幅值及兩者綜合為目標(biāo)函數(shù)，采用MATLAB遺傳算法工具箱對末端執(zhí)行器并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，得到了相應(yīng)的優(yōu)化結(jié)果并對優(yōu)化的結(jié)果進(jìn)行了驗證。
　　4、基于多目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化得

5、到的末端執(zhí)行器并聯(lián)機(jī)構(gòu)的尺寸參數(shù)，在Pro/E中建立該并聯(lián)機(jī)構(gòu)三維模型并將其動平臺和連桿轉(zhuǎn)化為柔性體，在ADAMS中對該模型進(jìn)行剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)仿真，得到了動平臺和連桿的載荷文件。在ANSYS中給動平臺和連桿添加合理的約束，并導(dǎo)入相應(yīng)的載荷文件，然后，對其進(jìn)行有限元分析可得到動平臺和連桿的變形和應(yīng)力云圖，檢驗它們的剛度和強(qiáng)度條件，為后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計指明方向。在ANSYS中對該并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了模態(tài)分析，提取了前6階的固有頻率和振型，為有效避免機(jī)