毫米级微型机器人机械手的研制及运行特点

毫米级微型机器人机械手的研制及运行特点

一、毫米级微型机器人操作手的研制和操作特性(论文文献综述)

刘成[1](2021)在《面向激光聚变腔靶的双操作手协调装配运动规划研究》文中进行了进一步梳理核聚变能源具有储量丰富和能源本身清洁可持续等诸多优点,具有较高的军事与社会价值。激光约束聚变是实现受控核聚变的主要方式之一,腔靶作为激光聚变实验的主要操作器件,其制造与装配精度是影响实验成功的关键因素。目前的腔靶装配方式多为人工装配或半自动化微装配系统装配,装配效率不高,且灵活性较差,为实现激光聚变腔靶的高效灵活装配,本文对双操作手协调装配腔靶的运动规划开展相关研究。首先,通过对激光聚变腔靶对接装配任务的分析,确定装配过程中的关键技术,在此基础上制定双操作手协调装配的总体方案,进行双操作手协调装配系统的结构设计,进一步设计了由人机交互界面和可视化仿真软件构成的软件协调控制系统。该微装配系统采用两个宏-微结合操作手对腔靶进行协调装配作业,拥有较高的灵活性与装配效率。其次,对宏-微结合操作手进行了无碰撞路径规划与轨迹规划研究,提出一种改进的面向微观精细作业的机器人运动规划流程,相比传统的工业机器人运动规划流程,改进后的运动规划流程拥有更高的规划效率。在碰撞模型建立方面,提出一种改进的变径包围盒建模方法,这种建模方法可应用于操作空间狭小的精细作业任务中,并且拥有较高的碰撞检测精度。同时,对双宏-微结合操作手的协调关系开展了相关研究。依据腔靶的整个装配过程,对操作手进行了非约束协调与约束协调规划,实现了双操作手避碰、协同搬运以及实时对准等协同操作。最后,研究显微视觉图像处理技术,在此基础上开展了宏-微结合操作手自动定位与拾取实验;设计了微小轴孔装配策略,开展了微小轴孔装配实验;制定了腔靶半腔组件对接装配策略,并开展了半腔对接装配实验,通过两只操作手的微动模块协调运动,能够保证10μm以内的装配精度,且装配效率得到有效提升。

黄心汉[2](2020)在《微装配机器人:关键技术、发展与应用》文中研究说明微装配机器人是机器人研究和应用领域的一个重要方向和热点,有重要理论意义和应用前景。本文对微装配机器人的关键技术进行了详细介绍,包括微操作系统的基本概念、微装配机器人的工作原理、尺度效应、多尺度交叉、微夹持器技术、显微视觉与显微视觉伺服等。对国内外微装配机器人研究和发展现状进行了综述,最后对微装配机器人的应用范围和发展前景进行了展望。

黄晨阳[3](2020)在《磁控软体微型机器人的路径跟随控制研究》文中研究指明从大自然中获取了设计微型机器人的灵感,这些机器人可以在狭窄的、人类无法到达的区域中运动,并执行对环境无创的任务,例如微装配、细胞操作、污染物降解、微创治疗、定向诊断和靶向给药等。在过去的十年中,这一领域在许多方面正在发生变化,其中最重要的变化包括从硬质刚性结构到软体柔性结构转变、从开环控制到闭环控制转变、从单一运动模态到多运动模态的转变。与硬质的微型机器人相比,依靠功能材料弯曲或形变产生运动的软体微型机器人在动态的复杂环境中表现出更高的适应能力。然而,由于软体微型机器人运动的复杂性,其结构设计、驱动设计、运动控制是具有挑战的。本课题围绕软体微型机器人驱动系统、控制系统、以及多运动模态设计与建模展开了深入研究。首先,针对磁驱动软体微型机器人运动机制、磁驱动原理,设计并开发了一整套具有友好交互性的多自由度磁驱动微型机器人操控系统。该系统包含了主控制线程、线圈驱动线程、视觉反馈线程、GUI用户交互界面线程等模块,可以实时监控和虚拟重建微型机器人及周边环境状态。该系统可以实现多种磁场的生成与控制,包括恒定、旋转、振荡、锥形、脉冲等磁场,以及用户自定义磁场。通过开放的接口设计,研究人员可以基于该系统设计出针对不同磁驱动微型机器人的驱动与操控方案。其次,提出了一种基于视觉伺服的路径跟随控制算法并实现了毫米级磁驱动软体微型机器人3D任意路径的跟随控制。三维任意路径由关键点序列表示,相邻点之间连接成的线段作为路径子段,相比于复杂的曲线方程具有更简便和高效。三维路径跟随控制任务可以看作是多个路径子段任务的集合,是一个迭代的过程。基于该控制算法设计的交互系统中,用户可以通过3D绘图鼠标绘制任意曲率的3D参考路径。最后,设计了一种新型的具有多种运动模态的基于水凝胶材质的软体薄膜微型机器人。该软体微型机器人具有带磁性的头部和功能性薄膜做成的尾部,可以通过外界可编程磁场驱动并实现多种运动模态,如爬行、摆动、翻滚和螺旋推进,以及不同模态之间可控的、可逆的转换,有利于机器人在动态的、多样的、复杂的环境中执行任务。此外,还分析了该多运动模态软体微型机器人的运动模型,建立了力学简化模型。实验演示了该软体微型机器人在多种复杂环境下运动,包括爬台阶、越高墙、钻低矮通道和狭窄缝隙。对比性实验分析了影响微型机器人运动性能的因素,并一步验证了力学模型的准确性。

李伟[4](2020)在《微小惯性组件精密装配设备控制与系统标定》文中指出加速度计是惯性导航和惯性制导系统的核心敏感元件,被广泛用于航空、航天等重要领域。而惯性组件是加速度计的核心组件,其装配精度对加速度计性能至关重要。目前悬丝摆式加速度计惯性组件装配生产主要依靠人工装配,但人工装配精度低、一致性差、废品率高且耗时较长,已不能满足生产需求。针对上述问题,面向实际生产,研制了一台悬丝摆式加速度计惯性组件精密装配设备。本文首先根据装配任务,设计了微型加速度计惯性组件装配设备的总体装配方案,其中为保证烘胶工艺过程中惯性组件装配精度能够严格保持,并且方便装配工人后续进行操作,对夹具工装和工装合体方试进行了相关改进。其次,基于硬件设计和装配任务要求,设计了惯性组件装配系统的控制体系结构,制定了包含互适应的先看后动反馈控制策略,以及工装夹具保证+视觉/力觉反馈调整的精度控制策略。其中,为提高视觉反馈精准程度,研究了零件边缘提取方法。采用八邻域最大梯度阈值自动调焦算法,结合自适应步长的爬山搜索算法完成自动聚焦,解决了“看-动-再看-再动”第二次图片采集时零件特征未在相机景深的问题。为实现工控机和数字相机、精密滑台、转台、力传感器等硬件之间数据通讯与控制,设计开发了惯性组件装配系统的调试软件,为后期自动装配步骤流程化提供了滑台位置、光照强度等数据依据。基于任务层、策略层和行为层三层软件架构和模块化思想,开发了悬丝摆式加速度计惯性组件自动装配控制软件。设计装配线程,实现装配步骤流程化及穿丝实时可重复功能;开辟可视化视频面板以及人工控制面板,为人机交互模块提供了策略依据,从而提高了软件容错率和稳定性。然后,基于针孔摄像机模型和精密装配系统,研究了图像坐标系和成像平面坐标系转换和统一问题。由于待装配惯性组件装配精度要求高,在对影响惯性组件装配精度的因素进行分析的基础上,利用产品化的标定板和专式标定工装,制定了准确的惯性组件装配系统关键参数标定方案。通过采用软件补偿方式修正像素尺寸、滑台间偏转角等关键参数,减小了装配系统误差,提高了惯性组件装配系统的装配精度和一致性。最后装配实验表明,采用的悬丝摆式加速度计惯性组件装配系统和自动控制软件能够实现惯性组件的装配精度和装配效率要求,且装配产品的一致性得到明显提高。

戴天亮[5](2020)在《二维并联压电惯性驱动平台结构设计与特性研究》文中认为细胞生物医学、纳米材料科学、半导体制造以及宇航工程等前沿领域的发展离不开微纳精密驱动技术的广泛应用,这些应用场合普遍需要具备实现多个自由度的纳米级位移分辨率和毫米级运动范围的驱动能力。多自由度压电冲击驱动机构凭借高分辨率、大行程、结构紧凑、控制灵活、成本低等优点表现出良好的发展前景。与串联结构相比,并联机构能够实现更加紧凑的结构,更适合诸如扫描探针显微系统等狭小空间的精密定位操作场合。本文提出了一种二维并联压电惯性驱动平台,设计并研究此类精密定位平台的主要工作内容和创新点包括:(1)基于对称柔性放大机构设计二维并联压电惯性驱动平台的基本结构,分析其工作原理和驱动方式。构建二维惯性动子的有限元仿真模型进而进行静态和模态仿真,优化二维惯性动子的结构参数。(2)构建包含拓展Karnopp摩擦模型的二维矢量化动力学方程,通过实验测试和结构仿真确定动力学参数取值。建立Simulink动力学仿真模型和仿真分析二维平台惯性驱动的运动特性。(3)制作二维并联压电惯性驱动平台的原理样机,搭建实验测试平台,测试惯性动子的振动特性和二维平台的运动特性。实验结果表明:该二维并联平台具有运动行程大、位移分辨率高、负载能力强等良好的综合驱动性能。

陈明一[6](2020)在《悬丝摆式加速度计底座组件精密装配系统研制》文中研究指明悬丝摆式加速度计是航空航天领域惯性导航和制导装置中的重要部件,该部件对载体的加速度进行测量,其装配属于精密装配范畴,目前还是依靠操作人员进行手工装配,操作人员使用镊子在放大镜与显微镜下进行装配作业。自动化程度低,产品一致性差,产能提升空间小且关键装配参数和产品质量溯源困难。此外,精密装配对于操作人员的技能要求高,劳动强度大,可替代性差,因此亟需研制自动装配系统,开展悬丝摆式加速度计中各组件的自动装配技术研究。本文针对悬丝摆式加速度计底座组件的装配,在分析装配任务和技术要求的基础上,研制了加速度计底座组件自动化装配系统,将悬丝摆组件装配到底座上,然后张紧悬丝,将悬丝的两端自动焊接到底座的立柱上。装配过程需要控制悬丝摆组件内圈与磁钢侧面的间隙,悬丝距加速计底座基准面高度,悬丝张紧力和焊接温度等参数。参考人工装配流程和经验,对装配任务进行拆解,基于模块化设计,将悬丝摆式加速度计自动装配系统分为五个模块:视觉测量模块、装配作业模块、工作台模块、悬丝张紧模块以及焊接模块,设计完成的装配系统的机械结构,并根据不同模块的功能与特点,设计相应模块的硬件结构与功能实现的控制策略。为了保证装配精度,对设备的关键外购件选型,选择合适的工业相机与远心镜头,同时搭配环形光源与同轴光源提供适当的光照条件,共同组成视觉系统。选择重复定位精度为±2μm的精密运动滑台搭建三自由度装配作业模块,为了防止作业过程损坏摆组件,装配作业模块的机械臂上集成力传感器实时检测装配力。装配过程中,摆组件与底座要协调运动才能保证摆组件的涡流片在装配过程中不与底座立柱干涉,因此设计了具有三个旋转自由度的工作台模块固定底座,与装配作业模块配合完成摆组件装配。针对不同的力控制要求与温度控制范围,选用合理的力传感器与温度传感器。为了满足装配精度,首先对系统中的相机像素,力传感器进行了标定,之后开展了对加速度计底座组件的装配实验,制定了装配作业流程,对装配过程中产生的误差进行分析,并提出相应的补偿方法。实验结果表明:悬丝摆式加速度计底座组件装配系统能够完成各个装配任务,摆组件内圈与磁钢侧面间隙可以控制在1.0±0.1mm的范围内,装配结果满足相关的技术指标要求。

孙强,王敬依,张颖,焦念东[7](2020)在《毫米级潜艇形机器人在低雷诺数液体中的3D运动及微操作方法研究》文中认为为模拟机器人在人体环境中的3D运动及微操作,提出了毫米级潜艇形机器人在低雷诺数液体中保持水平姿态实现3D运动及执行微操作的方法.首先,设计并加工了潜艇形机器人以及4线圈磁驱动系统,通过COMSOL软件对磁场系统进行了有限元仿真.然后,对机器人在低雷诺数液体环境中的受力情况进行了分析,建立了机器人运动模型并研究了其多种运动模式.机器人在低雷诺数液体中可以保持水平姿态沿设定路线运动,包括垂直上升、对角上升、直角运动、螺旋上升等3D运动,最大运动速度为1.2 mm/s.通过设计的无线能量传输系统将电能引入到小尺度空间,机器人可通过无线电能驱动其前端的夹持器执行夹取、搬运、释放等微操作.

庄松霖[8](2019)在《面向斑马鱼幼鱼的显微操作系统关键技术研究》文中认为斑马鱼是一类典型的有脊椎模式动物,因为具有与人类基因相似、繁殖周期短、体外生长、胚胎及幼鱼通体透明等优点,近几十年以来一直是生命科学家们研究的重要对象之一,在生物遗传学、发育学、毒理学等方向具有十分重要的研究价值。然而,研究斑马鱼幼鱼特定器官发育机理或研发新式药剂时,通常需要把外源物质(如分子化合物、生物药剂等)精准导入到该特定器官,这一过程通常是由经过长时间专门训练的生命科学实验人员通过手动显微注射来完成的。手动显微注射耗时长、效率低,而且实验结果的一致性很差,不同经验的操作人员显微注射的结果可能完全不同。虽然面向生命科学的显微操作系统(包括显微注射、显微成像、显微手术等)已经得到了科研工作者的广泛关注,以细胞或胚胎为对象的显微注射系统甚至已经商业化,但是对斑马鱼幼鱼这种具有自主意识和行为、不规则外形、复杂内部结构的对象还没有成熟的显微操作方案。本文围绕着面向斑马鱼幼鱼显微操作系统的关键技术问题,进行了深入且富有创新性的研究,提出了一套完整的实现方案和新颖的设计方法。本文的主要内容可以归纳为:针对斑马鱼幼鱼显微操作系统这一全新概念,结合生命科学领域的具体需求,本文提出了该类操作系统的实现方案和关键技术指标。根据不同的实验任务,本文提出了斑马鱼幼鱼二维姿态控制、三维姿态控制和位姿控制方案,幼鱼柔顺捕捉技术,以及幼鱼内部器官三维定位方法。与传统的人工斑马鱼幼鱼心脏显微注射相比,本文所研发的系统完成一次心脏显微注射平均只需要150秒,且最终心脏的注射成功率和成活率不低于有经验的操作人员得到的结果。同时,所设计的系统方案和关键技术算法具有应用到其它器官注射如肾脏注射、肝脏注射等的可能。针对斑马鱼幼鱼显微操作系统中的视觉反馈问题,在传统计算机视觉算法的基础上,本文进一步分析了显微成像中视野小、景深浅的特点,提出了一整套显微操作系统中的关键计算机视觉算法,包括大范围注射针尖端自动定位算法、吸持针尖端管口位置精确定位方法、显微成像下针尖的三维定位算法、斑马鱼幼鱼内部器官三维定位算法等,与传统的计算机视觉中的算法不同,这些算法更多关注显微定位策略,可以解决在显微成像条件下存在图像反馈缺失或图像反馈不完整的问题。针对斑马鱼幼鱼显微操作系统中的幼鱼姿态控制问题,本文提出了基于显微注射针、显微滚转针和底部旋转机构的三维姿态控制方案,并将方案中的二维平面旋转过程构建成了切换系统的模型,在一类广义切换信号——具有不稳定子系统的模态依赖驻留时间切换信号下,设计了名义系统的镇定控制器,该控制器采用多组PD控制器参数组合的方式,可以有效降低传统只采用1组PD控制器控制的保守性。另外,为了实现斑马鱼幼鱼绕身体轴的滚转运动,自行研制了一套4自由度显微操作手,与常见的平动显微操作手相比,增加了悬臂滚转轴的自由度。利用该自由度,根据斑马鱼幼鱼滚转轴的角度度量算法,实现了斑马鱼幼鱼的滚转控制。针对斑马鱼幼鱼显微操作系统中的柔顺捕捉控制问题,本文提出了基于切换策略的模型预测控制的设计方法,并对吸持针尖端捕捉幼鱼卵黄这一动态过程进行分析,发现其模型会根据吸入的幼鱼表皮多少而发生变化,这主要是因为当幼鱼表皮被吸入过多时,吸入的血液循环以及表皮韧性会倾向于继续向内伸展。因此,我们根据幼鱼表皮吸入的长度,将这一过程建模成了切换线性系统模型,并根据实验数据和生命科学实验的特殊要求(即,不会过多吸入幼鱼身体造成损伤,也不会因为吸入部分过少致使幼鱼掉落),对每个线性子系统的状态和控制进行了合理的约束。在模态依赖驻留时间切换信号下,对柔顺吸持这一过程设计了名义镇定控制器,并给出了能够保证名义系统稳定的模态依赖驻留时间的多个切换准则。最后,本文对所提出的关键算法进行了实际验证,在特定的实验条件(如斑马鱼幼鱼年龄、身体尺寸、吸持针口径等)下,给出了所提出的广义切换信号下的镇定控制器应用在实际系统中时需要额外考虑的细节和一种简化的实现方式。同时,对系统不同算法和整体运行的性能指标(如算法稳定性、成功率、成活率等)进行了详细分析,并给出了改进方案。

牛文婷[9](2019)在《WXJJ-BZJ-02型微小零件装配设备研制》文中指出随着现代制造技术的不断发展,器件和产品不断地微小型化,其制造过程中毫米级尺度、微米级精度的装配需求越来越多。航空、航天等领域应用的加速度计等精密微小器件的性能和批量要求不断提高,传统的手工及半自动化装配方式已经无法满足生产需求,因此,提高装配的自动化程度,开发高效、稳定、可靠的全自动微装配系统,成为产品质量提高、满足批量生产需求的重要途径。本文针对某型号微小加速度计的组件,研究实现其组成零件的全自动装配相关技术。针对装配中多个微小零件的精密操作、装配过程中的自动锁紧、装配前零件自动上料和装配后组件的下料进行了研究,设计了WXJJ-BZJ-02型微装配系统设备的结构,开发了装配设备的控制软件,对装配设备进行了标定,并进行了装配实验。WXJJ-BZJ-02型自动精密装配系统由自动上下料模块、视觉模块、装配作业模块、作业工作台模块和上料平台模块五个模块组成。自动上下料模块用来实现与生产线物料的交互,保证了装配过程的连续性,同时实现了装配的全自动化。上料平台模块为装配前的零件提供固定平台。视觉模块用于监测装配过程同时采集零件图像,辅助实现装配任务。装配作业模块用来实现对微小零件的稳定拾取和释放功能,设计了一套集成式夹钳,选用基于真空吸附的方式实现对不同微小零件的操作,同时通过在机械臂单元上嵌入微力传感器,实现了对装配过程装配力大小的实时控制,有效的防止了微小零件由于受力过大而被损坏。装配平台模块为零件装配提供作业空间,针对微小零件装配后需要锁紧的要求,设计了一套自动锁紧夹具,可实现微小零件的自动锁紧,避免了人工干预。基于模块化思想设计了分层软件框架,交互层主要用于显示装配过程信息,同时允许输入指令。任务层实现装配流程的划分,把任务以消息的形式发给逻辑层。逻辑层负责接收任务层分解后的消息,将针对硬件的消息发给行为层,同时接受行为层反馈的信息。行为层是直接控制硬件的程序层。层与层之间通过接口实现通信,上层通过接口控制下层,下层通过接口将信息反馈给上层。针对零件装配精度要求和装配顺序,设计了装配流程,实现了装配任务的细分,最后根据控制软件框架和装配流程编写了控制软件。最后,对系统误差进行了分析,主要包括视觉测量装置安装误差和各模块运动部件安装误差。以系统硬件为基础建立误差补偿模型,并通过标定实验补偿误差,提高了系统的装配精度。同时进行了装配实验,表明该系统能够实现预定精度的装配任务。

薛人峰[10](2018)在《微型腹腔手术机器人丝传动传输特性及夹持力估计研究》文中提出近年来微创手术机器人集成化、小型化、便携化逐渐成为医疗机器人领域的研究热点,与体积庞大、价格昂贵的腹腔微创手术机器人相比,微型微创手术机器人具有体积小、成本低、价格低廉等优点,具有很高的研究和应用价值。虽然微型微创手术机器人在一些关键技术上取得了较大突破,但是由于微型微创手术机器人末端器械结构复杂以及所采用的丝传动系统在力和位移传输过程中具有明显的迟滞特性,能够准确实时地控制末端器械力和位移仍然是微型微创手术机器人的研究热点和难点。因此,本文针对末端器械丝传动系统传输特性建模、夹持力估计及集成式力传感测量系统设计等问题展开研究,对提高微型微创手术机器人位置控制精度和夹持力预测性能具有重要的理论意义和实用价值。针对微型微创手术机器人丝传动系统的迟滞特性导致的末端器械位置跟踪误差大的问题,建立末端器械丝传动系统传输特性模型。确立微型微创手术机器人末端器械夹持钳结构及绕线方案,由绳轮接触区域的钢丝绳微元受力分析,考虑钢丝绳弯曲刚度效应,分析了单组绳轮系统钢丝绳拉力传输损失,开展了单组绳轮系统静态和动态条件钢丝绳拉力传输特性实验,实验验证了钢丝绳拉力传输损失特性及迟滞特性,基于单组绳轮系统钢丝绳拉力传输损失特性,建立了微型腹腔手术机器人丝传动系统力和位移传输特性模型。针对微型微创手术机器人末端器械夹持力估计问题,提出了一种基于丝传动系统传输特性模型的夹持力估计方法。分析了夹持钳运动情况下导向滑轮之间摩擦损失及末端器械俯仰偏摆运动的耦合特性。结合导向滑轮之间摩擦损失及俯仰偏摆运动耦合特性,基于丝传动系统传输特性模型对末端器械夹持钳进行了夹持力估计,实验验证了耦合特性的正确性以及夹持力估计方法的有效性,实现了传感器安装在末端器械驱动端的夹持力估计。针对微型微创手术机器人末端器械安装和集成力传感器比较困难的问题,设计了一种基于光纤光栅的集成式力传感测量系统,安装在微型微创手术机器人驱动端,用于末端器械夹持钳夹持力估计研究。标定并测试了所研制的集成式力传感测量系统,与商用的微型拉力传感器做对比,实验结果表明该集成式力传感测量系统具有较好的线性度。所研制的集成式力传感测量系统能够满足微型微创手术机器人应用需求,可以应用在微型微创手术机器人丝传动系统中,解决了传感器难于在末端器械上集成安装、存在电磁干扰现象及无法忍受高温消毒过程等问题。为了验证微型微创手术机器人丝传动系统传输特性及应用集成式力传感测量系统的末端器械夹持力估计方法,研制一种微型微创手术机器人,采用位置补偿控制算法改善了微型微创手术机器人末端器械的位置跟踪精度,实验验证了该补偿算法的有效性,同时证明了微型微创手术机器人丝传动系统传输特性的正确性。将所研制的集成式力传感测量系统安装在微型微创手术机器人上,结合本文提出夹持力估计方法对末端器械夹持力进行估计,实验验证了集成式力传感测量系统的有效性及夹持力估计方法的正确性。为了验证所研制的微型微创手术机器人临床应用可行性,开展了面向微型微创手术机器人的腹腔模拟训练器实验及动物临床实验研究,实验结果表明所研制的微型微创手术机器人在术中夹持力稳定充分,具有较高的可操作性及运动灵活性,同时表明其具有较高的临床应用价值和广阔的应用前景。

二、毫米级微型机器人操作手的研制和操作特性(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、毫米级微型机器人操作手的研制和操作特性(论文提纲范文)

(1)面向激光聚变腔靶的双操作手协调装配运动规划研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 国内外研究现状及分析
        1.2.1 微装配系统研究现状
        1.2.2 机器人运动规划研究现状
        1.2.3 多机器人协调控制技术研究现状
        1.2.4 国内外文献综述的简析
    1.3 课题来源和主要研究内容
        1.3.1 课题来源
        1.3.2 主要研究内容
第2章 面向激光聚变腔靶的双操作手装配系统设计
    2.1 引言
    2.2 腔靶对接装配任务分析
        2.2.1 腔靶构成及对接装配过程分析
        2.2.2 腔靶对接装配关键技术
    2.3 双操作手协调装配方案设计
    2.4 双操作手协调装配系统结构设计
    2.5 硬件控制系统设计
    2.6 人机控制界面设计
        2.6.1 基于多线程技术的协调装配作业流程设计
        2.6.2 软件控制界面整体设计
    2.7 可视化仿真软件设计
        2.7.1 软件整体方案设计
        2.7.2 三维模型快速加载方法
        2.7.3 机器人运动模型建立及功能设计
        2.7.4 双操作手协调装配系统整体OSG模型
    2.8 本章小结
第3章 宏-微结合操作手协调装配运动规划
    3.1 引言
    3.2 操作手运动学模型建立
        3.2.1 操作手连杆坐标系
        3.2.2 双操作手协作空间分析
    3.3 操作手运动规划流程改进
        3.3.1 机器人运动规划
        3.3.2 面向微观精细作业的操作手运动规划流程
    3.4 操作手路径规划
        3.4.1 变径球体包围盒碰撞检测模型
        3.4.2 三维空间路径搜索算法
    3.5 操作手轨迹规划
        3.5.1 轨迹规划方法比较
        3.5.2 操作手装配运动过程轨迹规划
    3.6 双操作手协调运动规划
        3.6.1 协调装配数学模型
        3.6.2 位姿约束关系
        3.6.3 速度约束关系
    3.7 操作手运动规划仿真与实验验证
        3.7.1 操作手碰撞检测算法验证
        3.7.2 操作手改进运动规划流程验证
        3.7.3 拾取与转运过程验证
        3.7.4 协调微装配过程中位姿约束关系验证
        3.7.5 协调微装配过程中速度约束关系验证
    3.8 本章小结
第4章 双操作手协调微装配实验
    4.1 引言
    4.2 实验平台搭建及真空吸附能力验证
    4.3 基于显微视觉的自动拾取技术研究
        4.3.1 微柱形零件显微视觉图像处理技术
        4.3.2 自动定位及拾取实验
    4.4 基于显微视觉的微小轴孔装配
        4.4.1 微小轴孔装配策略
        4.4.2 微小轴孔装配实验
    4.5 基于显微视觉的半腔协调对接装配
        4.5.1 半腔协调对接装配方式分析
        4.5.2 半腔协调对接装配策略
        4.5.3 半腔协调对接装配实验
    4.6 本章小结
结论
参考文献
附录
攻读硕士学位期间取得创新性成果
致谢

(3)磁控软体微型机器人的路径跟随控制研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 .课题背景与意义
    1.2 .软体微型机器人的研究现状
        1.2.1 .最新的磁驱动微型机器人设计
        1.2.2 .微型机器人的路径跟随控制
        1.2.3 .多运动模态的微型机器人
    1.3 .本课题研究内容
    1.4 .小结
第2章 软体微型机器人磁驱动研究
    2.1 概述
    2.2 运动模型
    2.3 磁驱动原理
    2.4 磁驱动设备
    2.5 小结
第3章 软体微型机器人的路径跟随控制研究
    3.1 概述
    3.2 软体微型机器人力学简化模型
    3.3 路径跟随任务问题描述
    3.4 控制系统设计
        3.4.1 机器人位置姿态估计
        3.4.2 外环控制率
        3.4.3 内环控制率
        3.4.4 自适应补偿设计
        3.4.5 李雅普诺夫稳定性分析
    3.5 实验
        3.5.1 机器人设计与制作
        3.5.2 重力补偿实验
        3.5.3 控制增益对系统性能影响
        3.5.4 三维任意路径跟随实验
    3.6 小结
第4章 多运动模态的软体微型机器人研究
    4.1 概述
    4.2 多运动模态软体微型机器人设计
    4.3 力学简化模型
        4.3.1 爬行运动
        4.3.2 摆动运动
        4.3.3 翻滚运动
        4.3.4 螺旋推进运动
    4.4 实验
        4.4.1 多模态运动实验
        4.4.2 爬行运动性能分析
        4.4.3 摆动运动性能分析
        4.4.4 翻滚运动性能分析
        4.4.5 螺旋推进运动性能分析
    4.5 小结
第5章 总结与展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

(4)微小惯性组件精密装配设备控制与系统标定(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题背景及目的
        1.1.1 课题的研究背景
        1.1.2 课题的研究目的及意义
    1.2 微小型零件精密装配技术概述
        1.2.1 基于机器视觉的微小型零件精密装配技术
        1.2.2 基于力觉的精密装配技术
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 精密装配系统标定技术
        1.3.2 精密装配系统控制策略
    1.4 本文主要研究内容
2 微小型惯性组件精密装配系统设计
    2.1 惯性组件特性及装配要求
        2.1.1 惯性组件构成和特性
        2.1.2 惯性组件装配工艺和精度要求
    2.2 惯性组件装配系统总体方案设计
    2.3 惯性组件装配系统改进
        2.3.1 惯性组件装配系统问题分析
        2.3.2 惯性组件装配系统改进
    2.4 本章小结
3 装配系统控制策略和软件
    3.1 控制系统总体设计方案
    3.2 系统装配控制策略和流程
        3.2.1 接线片装配控制策略和流程
        3.2.2 涡流片装配控制策略
        3.2.3 悬丝、玻璃管装配控制策略和流程
    3.3 微小惯性组件位姿检测方法
        3.3.1 悬丝的特征识别和定位
        3.3.2 玻璃管上下边缘图像处理
        3.3.3 自动聚焦算法的应用
    3.4 系统装配控制软件
        3.4.1 软件架构
        3.4.2 惯性组件精密装配控制软件
    3.5 本章小结
4 惯性组件装配系统参数标定
    4.1 影响惯性组件装配精度的因素分析
    4.2 数字相机像素尺寸标定
        4.2.1 数字相机的线性成像模型
        4.2.2 数字相机的线性标定
    4.3 精密装配系统的夹角标定
        4.3.1 UP_Z轴绕UP_Y轴的安装偏转角α
        4.3.2 视觉深度方向的偏角γ
    4.4 装配系统标定方法和试验
    4.5 本章小结
5 精密装配系统检测及装配实验
    5.1 精密转台性能参数检测实验
    5.2 工装夹具热稳定性及精度检测试验
    5.3 微小惯性组件的装配实验
    5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

(5)二维并联压电惯性驱动平台结构设计与特性研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 压电马达的基本原理和分类
        1.2.1 尺蠖式压电马达
        1.2.2 压电超声马达
        1.2.3 冲击式压电马达
        1.2.4 各类压电马达对比
    1.3 压电冲击驱动机构的研究现状
        1.3.1 压电冲击驱动机构的分类
        1.3.2 多自由度压电冲击驱动机构
        1.3.3 压电冲击驱动机构的典型应用
    1.4 本文的选题意义及主要工作
第二章 二维并联压电惯性驱动平台结构设计与仿真
    2.1 结构设计与工作原理
        2.1.1 结构设计
        2.1.2 工作原理
        2.1.3 驱动方式
    2.2 结构建模与仿真分析
        2.2.1 柔性放大机构建模分析
        2.2.2 惯性动子建模仿真过程
    2.3 惯性动子仿真结果分析
        2.3.1 静态仿真结果分析
        2.3.2 模态仿真结果分析
        2.3.3 与一维惯性动子对比分析
        2.3.4 惯性动子结构优化
    2.4 本章小结
第三章 二维并联压电惯性驱动平台动力学建模与分析
    3.1 动力学建模基本理论
        3.1.1 动力学方程
        3.1.2 摩擦模型
    3.2 动力学建模仿真
        3.2.1 Simulink建模
        3.2.2 仿真参数确定
        3.2.3 仿真过程
    3.3 动力学仿真结果分析
        3.3.1 仿真模型对比验证
        3.3.2 幅值特性仿真结果
        3.3.3 频率特性仿真结果
    3.4 本章小结
第四章 二维并联压电惯性驱动平台样机制作与测试
    4.1 原理样机与测试平台
    4.2 惯性动子振动特性测试分析
    4.3 平台运动特性测试分析
        4.3.1 幅值特性测试分析
        4.3.2 频率特性测试分析
        4.3.3 负载特性测试分析
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况

(6)悬丝摆式加速度计底座组件精密装配系统研制(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题背景及目的
    1.2 微小器件的精密自动装配技术概述
        1.2.1 微小器件的精密自动装配技术的关键技术
        1.2.2 微小器件的精密自动装配技术国内外研究现状
    1.3 本文的主要研究内容
2 悬丝摆式加速度计底座组件精密装配系统设计方案
    2.1 装配任务分析
        2.1.1 组件特征分析
        2.1.2 组件装配要求及精度
    2.2 系统总体方案设计
        2.2.1 装配关键问题分析及解决思路
        2.2.2 装配系统具体方案
    2.3 本章小结
3 悬丝摆式加速度计底座组件精密装配系统设计
    3.1 系统硬件模块的设计与分析
        3.1.1 装配作业模块
        3.1.2 视觉测量模块
        3.1.3 工作台模块
        3.1.4 悬丝张紧模块
        3.1.5 焊接模块
    3.2 设备电气控制系统的设计
        3.2.1 设备电路控制系统的设计
        3.2.2 运动控制系统
        3.2.3 设备气路控制系统的设计
    3.3 本章小结
4 精密装配系统的标定
    4.1 相机像素尺寸标定
    4.2 力传感器的标定
    4.3 本章小结
5 精密装配实验与误差分析
    5.1 精密装配实验流程
    5.2 装配实验
    5.3 装配系统误差分析
    5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

(7)毫米级潜艇形机器人在低雷诺数液体中的3D运动及微操作方法研究(论文提纲范文)

1 引言(Introduction)
2 机器人的设计及制作(Design and fabri-cation of the robot)
3 磁驱动系统的设计及构建(Design and construction of the magnetic drive system)
    3.1 线圈结构设计
    3.2 磁场仿真及分析
    3.3 磁驱动系统的构建
4 液体中机器人3D运动控制(3D motion control of the robot in liquid)
    4.1 运动建模
        4.1.1 低雷诺数环境及阻力分析
        4.1.2 运动模型
    4.2 运动模式分析
    4.3 机器人3D运动实验
5 机器人在液体中的微操作(Micro-manipulation by the robot in liquids)
    5.1 磁耦合谐振无线能量传输技术
    5.2 微操作执行器IPMC
    5.3 机器人操作微结构
6 结论(Conclusion)

(8)面向斑马鱼幼鱼的显微操作系统关键技术研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 面向斑马鱼幼鱼的显微操作研究背景及意义
    1.2 面向生命科学的显微操作的研究现状
        1.2.1 不同驱动方式的显微操作系统
        1.2.2 显微操作系统中的关键问题
        1.2.3 不同被控对象的显微操作系统
    1.3 尚待解决的问题
    1.4 面向斑马鱼幼鱼显微操作系统设计指标
    1.5 本文结构和主要内容
第2章 斑马鱼幼鱼显微操作系统设计方案
    2.1 引言
    2.2 方案设计
        2.2.1 平台已有设备介绍
        2.2.2 斑马鱼幼鱼三维姿态控制方案
        2.2.3 斑马鱼幼鱼柔顺捕捉方案
        2.2.4 斑马鱼幼鱼显微操作系统流程
    2.3 显微操作系统的标定
        2.3.1 平动运动部件标定
        2.3.2 旋转运动部件标定
        2.3.3 滚动运动部件标定
    2.4 仿真算例
    2.5 显微操作控制过程的模型分析
        2.5.1 二维旋转过程模型分析
        2.5.2 柔顺捕捉过程模型分析
    2.6 系统辨识
        2.6.1 非线性过程局部线性化
        2.6.2 线性系统参数辨识
    2.7 仿真算例
    2.8 本章小节
第3章 斑马鱼幼鱼显微操作系统视觉反馈
    3.1 引言
    3.2 吸持针针尖三维定位
    3.3 注射针针尖三维定位
    3.4 斑马鱼幼鱼位姿检测
    3.5 斑马鱼幼鱼心脏三维定位
    3.6 斑马鱼幼鱼吸持状态检测
    3.7 本章小节
第4章 斑马鱼幼鱼三维姿态控制
    4.1 引言
    4.2 预备知识
    4.3 二维旋转模型稳定性分析
    4.4 仿真算例
    4.5 二维旋转模型控制器设计
    4.6 仿真算例
    4.7 第三维滚转模型搜索策略分析
    4.8 本章小节
第5章 斑马鱼幼鱼柔顺捕捉控制
    5.1 引言
    5.2 基于柔顺捕捉模型的问题描述
    5.3 柔顺捕捉模型的稳定性分析
    5.4 保守性和计算性分析
    5.5 仿真例子
        5.5.1 理论验证
        5.5.2 鲁棒性分析
    5.6 本章小节
第6章 显微操作系统实验验证
    6.1 引言
    6.2 实验平台和流程介绍
    6.3 标定算法和系统建模验证
        6.3.1 标定算法验证
        6.3.2 二维旋转过程模型辨识
        6.3.3 柔顺捕捉过程模型辨识
    6.4 视觉反馈算法
        6.4.1 吸持针针尖三维定位算法验证
        6.4.2 注射针针尖三维定位算法验证
        6.4.3 斑马鱼幼鱼位姿检测
        6.4.4 斑马鱼幼鱼心脏三维定位
        6.4.5 斑马鱼幼鱼吸持检测算法验证
        6.4.6 视觉三维定位算法说明
    6.5 控制算法
        6.5.1 三维姿态控制算法实现
        6.5.2 柔顺捕捉控制实现
        6.5.3 控制算法应用说明
    6.6 系统性能验证
    6.7 本章小节
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
个人简历

(9)WXJJ-BZJ-02型微小零件装配设备研制(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景和来源
    1.2 微小装配研究现状
        1.2.1 微小装配研究现状
        1.2.2 微小装配系统典型结构
        1.2.3 微小装配目前存在的问题
    1.3 本文的研究目的及主要内容
2 系统方案设计
    2.1 装配任务分析
    2.2 设备总体设计
        2.2.1 模块功能分析
        2.2.2 方案设计
    2.3 本章小结
3 自动装配系统设计
    3.1 自动上下料模块
    3.2 上料平台模块
    3.3 视觉模块
        3.3.1 精密运动平台
        3.3.2 工业数字相机
        3.3.3 光源
        3.3.4 光学镜头
    3.4 装配作业模块
        3.4.1 三轴精密运动平台
        3.4.2 机械臂结构设计
    3.5 作业工作台模块
    3.6 系统硬件连接
    3.7 本章小结
4 装配控制软件
    4.1 装配软件架构
    4.2 装配流程
    4.3 装配控制软件
    4.4 本章小结
5 误差标定及装配实验
    5.1 误差标定实验
        5.1.1 误差分析与模型建立
        5.1.2 误差补偿实验
    5.2 装配实验
    5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

(10)微型腹腔手术机器人丝传动传输特性及夹持力估计研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 微创手术机器人研究现状
        1.2.1 大型微创手术机器人研究现状
        1.2.2 微型微创手术机器人研究现状
    1.3 微创手术器械丝传动研究现状
    1.4 微创手术器械夹持力估计研究现状
        1.4.1 有传感器的夹持力估计
        1.4.2 无传感器的力估计研究
    1.5 相关研究现状分析
    1.6 本文研究内容
第2章 微创手术器械丝传动传输特性研究
    2.1 引言
    2.2 末端器械夹持钳方案设计
        2.2.1 自由度配置
        2.2.2 钢丝绳缠绕方式
        2.2.3 导向滑轮的设计方法
    2.3 钢丝绳拉力传递特性分析
        2.3.1 钢丝绳微元受力分析
        2.3.2 钢丝绳弯曲刚度效应
        2.3.3 钢丝绳非线性摩擦效应
        2.3.4 钢丝绳拉力特性仿真分析
    2.4 导向滑轮之间摩擦分析
    2.5 丝传动系统传输特性建模
    2.6 单组绳轮系统拉力传输实验
    2.7 本章小结
第3章 微创手术机器人末端器械夹持力估计方法
    3.1 引言
    3.2 运动中滑轮之间摩擦
    3.3 末端器械耦合运动分析
    3.4 末端器械夹持力估计方法
    3.5 实验验证及结果分析
        3.5.1 耦合运动实验验证
        3.5.2 夹持力估计方法实验验证
    3.6 本章小结
第4章 基于光纤光栅的微创手术机器人集成式力传感测量系统
    4.1 引言
    4.2 微创手术机器人末端器械钢丝绳拉力测量原理
    4.3 集成式力传感测量装置参数优化
    4.4 集成式力传感测量系统标定及测试
        4.4.1 集成式力传感测量系统标定
        4.4.2 集成式力传感测量系统测试
    4.5 本章小结
第5章 传输特性及夹持力估计方法验证
    5.1 引言
    5.2 微型微创手术机器人实验平台
        5.2.1 硬件组成及软件架构
        5.2.2 运动映射分析
        5.2.3 位置补偿控制算法
    5.3 传输特性在微创手术机器人上实验验证
        5.3.1 实验平台搭建
        5.3.2 拉力传输实验
        5.3.3 位移传输实验
        5.3.4 补偿控制算法实验
        5.3.5 羊肝缝合实验
    5.4 夹持力估计方法与集成式力传感测量系统实验验证
        5.4.1 应用集成式力传感测量系统夹持力估计实验
        5.4.2 微型微创手术机器人夹持力操作实验
    5.5 微型微创手术机器人动物实验
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
个人简历

四、毫米级微型机器人操作手的研制和操作特性(论文参考文献)

  • [1]面向激光聚变腔靶的双操作手协调装配运动规划研究[D]. 刘成. 哈尔滨工业大学, 2021
  • [2]微装配机器人:关键技术、发展与应用[J]. 黄心汉. 智能系统学报, 2020(03)
  • [3]磁控软体微型机器人的路径跟随控制研究[D]. 黄晨阳. 中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院), 2020(07)
  • [4]微小惯性组件精密装配设备控制与系统标定[D]. 李伟. 大连理工大学, 2020
  • [5]二维并联压电惯性驱动平台结构设计与特性研究[D]. 戴天亮. 合肥工业大学, 2020(02)
  • [6]悬丝摆式加速度计底座组件精密装配系统研制[D]. 陈明一. 大连理工大学, 2020(02)
  • [7]毫米级潜艇形机器人在低雷诺数液体中的3D运动及微操作方法研究[J]. 孙强,王敬依,张颖,焦念东. 机器人, 2020(01)
  • [8]面向斑马鱼幼鱼的显微操作系统关键技术研究[D]. 庄松霖. 哈尔滨工业大学, 2019(01)
  • [9]WXJJ-BZJ-02型微小零件装配设备研制[D]. 牛文婷. 大连理工大学, 2019
  • [10]微型腹腔手术机器人丝传动传输特性及夹持力估计研究[D]. 薛人峰. 哈尔滨工业大学, 2018(01)

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毫米级微型机器人机械手的研制及运行特点
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