面向生物医学应用的微操作机器人技术发展态势

近年来,生物医学得到了迅猛发展,研究领域多涉及到微纳米操作。手动操作存在工作效率低,成功率低等缺陷。因此,由生物医学与微操作机器人结合而产生的生物微操作机器人已成为全世界范围内的研究热点。基于此,通过对当前国内外生物微操作机器人的研究现状、实际应用等方面进行分析,总结出生物微操作机器人在视觉伺服控制、驱动器、执行机构、微操作控制策略、几何标定、传感器融合等方面存在的不足,并提出改进意见,以期对该领域未来的创新设计以及发展研究提供一定的参考及指导作用。

一种新型3自由度大行程微定位平台设计与分析

为解决微定位平台大行程与高精度之间的矛盾,提出一种新型的3自由度柔性并联机构。该机构三条支链采用特殊方式与动平台相连,使整体机构结构紧凑且具有良好的力学传递性能。同时,机构采用行程大,分辨率高,便于控制的电磁驱动器作为驱动部件,保证机构在不需要引入放大机构的前提下便可获得较大的行程和较高的分辨率。使用大行程柔性铰链代替普通的球铰,降低了加工制造难度和机构刚度模型的求解难度。采用螺旋理论分析了3-P(4S)并联机构末端运动特征,结合单元刚度矩阵法和矩阵位移法推导了3-P(4S)柔性并联机构的静刚度模型,并采用ANSYS进行了分析验证。

机器人的动力学参数辨识

本文应用多刚体动力学原理，采用ＣＡＤ方法编制了机器人动力学参数辨识的通用软件ＤＰＩＲ，并对ＰＵＭＡ７６０型机器人动力学参数进行了辨识．

机械原理课程计算机自动阅卷系统

本文针对机械原理课程教学的特点，采用Ｃ语言编制了计算机自动批阅试卷或作业的系统软件，经过学生的实际上机操作和试运行，效果良好。本系统的研制对于促进计算机辅助机械原理课程教学的发展具有重要意义和实用价值。

装载机工作机构的多体系统动力学分析

采用基于Kane方程的Huston方法。首次推导出装载机工作机构的多体系统动力学方程。采用编制的通用多体系统动力学分析软件MBDA，对一实际产品的装载机工作机构进行了解算，提出了新的设计方法和观点。对于装载机工作机构的动态载机工作机构了动态设计发重要价值。lHustonRL刘又午著。多体系统动力学，天津：天津大学出版社，19872李杨民，刘又午，铰接式车辆转向机构的多刚体系统运动学分析与优化设计。汽车工程，1993（3）：129－1363李扬民，吴洪涛，刘又午，液压挖掘机铲斗机构的多体系统运动学分析，建筑机械，1993（2）：13～174李杨民。多体系统理论和方法及其在工程机械与机器人动力学多还辩识中的应用：（博士论文）．天津：天津大学。

铰接式车辆转向机构的多刚体系统运动学分析与优化设计

本文发展了基于Kane方程的Huston方法的多刚体系统运动学理论,利用这一方法对铰接车辆的转向机构进行了运动学特性分析和解算,同时结合优化理论对转向机构进行了优化设计,计算实例表明该方法的有效性和实用性。

新型三自由度微操作平台的动力学性能研究

提出了一种新型三自由度柔性并联微操作平台,该平台采用压电陶瓷驱动器为驱动装置,以新型二级杠杆放大机构作为放大器来扩大压电陶瓷驱动器的输出行程,在功能上可以实现X轴、Y轴以及Z轴方向的微米范围内移动。首先通过拉格朗日方程建立了该三自由度柔性并联微操作平台的动力学模型,然后计算了该机构的理论固有频率,最后采用有限元软件对该微操作平台进行了模态分析。结果表明该机构的理论固有频率与有限元仿真分析中的第一阶模态结果相比其误差率仅为2.54%,验证了固有频率理论分析的正确性及可行性。

液压挖掘机工作装置动臂、斗杆机构的多体系统运动学分析

本文运用多体系统理论中的Ｋａｎｅ－Ｈｕｓｔｏｎ方法，首次推导出了挖掘机工作装置动管、斗杆机构的多体系统运动学方程，并采用通用多体系统运动学分析软件ＭＢＫＡ对一实际产品进行了分析，取得了满意的结果。

一种新型微位移放大机构设计与特性分析

基于柔性铰链的传导性,运用杠杆原理设计了一种全对称结构的二级微位移放大机构,该机构具有无附加方向上位移及运动精确等优点.建立了微位移放大机构的仿真模型和运动学模型,给出了工作原理;根据机构学原理推导出了机构位移放大比,运用ANSYS13.0对该机构进行有限元仿真,得出了实际输出位移、放大比及该机构的固有频率.放大比误差为7.46%;误差分析主要原因为在理论模型中采取简化分析,忽略了柔性铰链伸长变形导致的中心偏移,并且假设了除去柔性铰链外,其他的部分全为刚性.本文研究为微位移放大机构的实际生产提供了理论依据.

液压挖掘机铲斗机构的多体系统运动学分析

本文利用和发展了多体系统动力学领域中的Kane-Huston方法,对挖掘机铲斗机构进行了运动学分析,用运动学分析软件KENCOMBS进行了运动学解算,取得了满意的结果。

液压挖掘机工作装置动臂、斗杆机构的多体系统动力学分析

本文采用多体系统动力学领域中的Ｋａｎｅ－Ｈｕｓｔｏｎ方法，以低序体阵列描述液压挖掘机动臂、斗杆机构的拓扑构造，首次推导出了该机构的动力学方程；同时采用编制的多体系统动力学分析软件ＭＢＫＡ对该机构进行了解算，本文的研究对实现该机构的动态设计和动力学控制有重要的价值。

工程机械的多体系统运动学、动力学、优化设计及运动仿真软件包KDOSCM

本文介绍了可用于对工程机械进行多体系统运动学分析、动力学分析、优化设计及运动仿真的软件包ＫＤＯＳＣＭ的设计思想和结构组成，该软件包已成功地用于装载机、挖掘机的ＣＡＤ，均取得了满意的结果。

机器人式液压挖掘机

科技进步必然带来多学科间的相互渗透。将机器人技术应用于液压挖掘机,会大大促进液压挖掘机向智能化和自动作业的方向发展。工作装置是液压挖掘机的主要工作部件,其构造也酷似机器人操作手。因此,实现工作装置的自动控制可为挖掘机智能化的第一步。参照机器人的分类方法,机器人式液压挖掘机可分为:手工操作式(目前广泛使用的液压挖掘机均采用手工操纵);固定程序式(按照预先编好的程序顺序执行,设定的信息不易改变);可变程序式(按照预先设定的顺序、条件与位置程序逐个执行动作,设定的信息容易改变);示教再现式(由人事先进行示教、存储其作业顺序、位置、时间信息。

装载机工作机构的多体系统运动学分析

本文采用多体系统理论中的Ｋａｎｅ－Ｈｕｓｔｏｎ方法，以低序体阵列描述装载机工作机构的拓朴构造，首次推导出了该机构的多体系统运动学方程；同时编制了通用的多体系统运动学分析软件ＭＢＫＡ，对该机构的运动性能进行了分析，并提出了装载机工作机构设计时一些新概念和设计方法．

微型记忆合金夹持器的研究

采用一种新的智能型材料──形状记忆合金（ＳＭＡ）做为驱动器，设计了一种新型的具有３个刚性手指的夹持器，该夹持器具有驱动功率／重量比值大，结构简单等特点，特别适用于对微小型零件的夹持作业。

基于模糊优化辨识模块化机器人关节动力学参数

为了能更为合理、准确地辨识出机电结构系统结合面的等效动力学参数,提出了基于模糊优化的辨识方法。以9自由度模块化冗余机器人为研究对象,采用模糊优化方法辨识了机器人关节面等效动力学参数,并利用所识别的参数及机器人各部件有限元模型建立了机器人整机动力学模型,该模型的模态参数与试验结果具有较好的一致性,表明所提出的辨识方法具有较高的辨识精度,是合理和可行的。

并联微操作机器人技术及应用进展

微/纳米并联微操作机器人技术是综合微/纳米技术和并联机器人技术迅速发展而形成的新研究方向,涉及精密机械、机器人、计算机、自动控制、精密测量等多学科领域,广泛应用于生物医学领域中的细胞与基因操作、精细外科手术、微电子装配、微细加工、光纤对接等领域。通过对当前国内外并联微操作机器人的研究状况、产品化应用以及实际应用等方面的发展态势进行详细地回顾,总结微/纳米级并联微操作机器人这一研究方向在工作空间、运动解耦性、承载能力、理论分析、柔性铰链设计、实时标定与测量、新材料、驱动等方面存在的问题,并提出改进意见,以期对该领域未来的创新设计以及发展研究产生一定的推动作用。

基于PLC控制的管路接头自动对接夹持器设计

为了提高现代空调制造企业中管路快速接头对接的自动化程度,实现机器换人的过程,分析管路快速接头的机械结构和工作原理,采用仿人手操作的对接方法,设计出一种基于PLC控制的五自由度气动夹持器。在分析气动夹持器的工作原理和控制要求的基础上,设计了对应夹持器的气压传动系统。介绍了三菱FX3U-40MT PLC与外部各元器件的连接,以及对PLC电气控制系统程序进行设计。在FluidSIM虚拟仿真实验平台上进行了电气控制下的气压回路仿真实验,验证了夹持器可以按照预定的动作实现管路快速接头的对接。

新型3-PRC柔性并联微操作平台的研究

采用压电陶瓷作为驱动器设计了一种带有二级杠杆放大机构的3-PRC柔性并联微操作平台,该平台能实现空间三自由度的微小平移运动,放大机构的理论与有限元仿真分析放大倍数分别为8.772和8.245。首先采用矢量法建立了该机构的运动学模型,得到了其运动学正、逆解和雅克比矩阵。然后利用MATLAB软件分析并绘制了平台的工作空间,最后对机构的解耦性进行了理论分析并利用有限元软件进行了验证。结果表明该机构的耦合性误差小,可以实现空间三自由度微纳米级别的运动,具有较大的运动空间和良好的运动解耦性。

空间站科学实验平台并联主动减振系统动力学建模研究

使用凯恩方法建立空间柜并联主动减振系统动力学模型,并对模型进行线性化,得到模型的状态空间形式。对空间微重力环境进行研究,设计并联主动减振机构对空间实验柜进行减振。空间微重力环境具有振动频率低、振动幅度小、随机振动强的特点,并联主动减振系统可以良好抑制振动干扰。并联主动减振机构由空间实验柜、直线型音圈电机、推杆、传感器组成,空间实验柜为减振对象。推杆通过柔性铰链将空间实验柜与空间站舱体连接到一起。控制器接受由传感器采集的空间实验柜加速度与相对位移信号,并驱动直线型音圈电机抵消干扰。最后,对系统线性化的动力学模型进行仿真,并与非线性动力学模型的仿真进行对比,对模型进行了验证。