本文關(guān)鍵詞：串聯(lián)型力感設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

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【摘要】：力感設(shè)備是一類提供力反映的裝置，它可以向操作者再現(xiàn)遙遠(yuǎn)環(huán)境或虛擬環(huán)境中的力信息。一款性能優(yōu)良的力感設(shè)備，在虛擬現(xiàn)實(shí)和遙操作領(lǐng)域中有很廣泛的應(yīng)用。課題組研發(fā)了一款用于微創(chuàng)手術(shù)的力感主手，該主手實(shí)現(xiàn)了完全重力平衡，在低速操作場合下具備了良好的性能。本文要在其基礎(chǔ)上，主要考慮剛度、慣性力，設(shè)計(jì)一款適用于中高速操作場合的力感設(shè)備。 本文首先簡要介紹了樣機(jī)的組成及相關(guān)實(shí)驗(yàn)，并建立了樣機(jī)的運(yùn)動學(xué)模型。在樣機(jī)構(gòu)型基礎(chǔ)上，根據(jù)工作空間等要求確定了新款設(shè)備的運(yùn)動學(xué)尺寸。接著，對設(shè)備的剛度進(jìn)行了分析，，分別對傳動剛度和結(jié)構(gòu)剛度進(jìn)行了建模，結(jié)構(gòu)剛度建模采用矩陣位移方法。在定量分析影響力感精度的因素后，采用表觀質(zhì)量作為慣性力的衡量指標(biāo)；使用能量方法進(jìn)行動力學(xué)建模，獲得了表觀質(zhì)量的表達(dá)式。針對空心圓截面的構(gòu)件，以剛度為約束條件、表觀質(zhì)量最小為優(yōu)化目標(biāo)，對構(gòu)件的截面尺寸進(jìn)行了優(yōu)化。由于絲盤和手腕對整體慣量影響很大，采用漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法對絲盤進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化，并在樣機(jī)手腕基礎(chǔ)上改進(jìn)了手腕結(jié)構(gòu)。最后根據(jù)截面尺寸優(yōu)化結(jié)果、絲盤拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果和改進(jìn)后的手腕結(jié)構(gòu)，完成了新款設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。經(jīng)過分析，新款設(shè)備的剛度和表觀質(zhì)量達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】：力感設(shè)備 剛度建模 表觀質(zhì)量 結(jié)構(gòu)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH122
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 緒論8-17
• 1.1 課題背景與意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-12
• 1.2.1 商業(yè)化力感設(shè)備9-10
• 1.2.2 科研機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 設(shè)計(jì)要求分析12-14
• 1.4 需要解決的問題14-15
• 1.5 本文研究內(nèi)容15-17
• 第二章 運(yùn)動學(xué)分析和設(shè)計(jì)17-29
• 2.1 引言17
• 2.2 樣機(jī)簡介17-21
• 2.2.1 機(jī)械部分17-18
• 2.2.2 控制系統(tǒng)18-19
• 2.2.3 重力平衡調(diào)節(jié)19
• 2.2.4 靜力輸出實(shí)驗(yàn)19-21
• 2.3 運(yùn)動學(xué)分析21-22
• 2.4 可達(dá)工作空間分析22-23
• 2.5 最小可持續(xù)力分析23-25
• 2.5.1 XOZ 平面內(nèi)最小可持續(xù)力23-24
• 2.5.2 Y 方向最小可持續(xù)力24-25
• 2.6 相關(guān)參數(shù)確定25-28
• 2.6.1 運(yùn)動學(xué)尺寸25-26
• 2.6.2 傳動比確定26-27
• 2.6.3 關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角范圍27-28
• 2.7 本章小結(jié)28-29
• 第三章 剛度建模29-39
• 3.1 引言29
• 3.2 傳動剛度建模29-35
• 3.2.1 絲傳動變形分析30-32
• 3.2.2 算例32-33
• 3.2.3 角剛度影響因素分析33-34
• 3.2.4 傳動剛度計(jì)算34-35
• 3.3 結(jié)構(gòu)剛度建模35-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 第四章 動力學(xué)建模及尺寸優(yōu)化39-52
• 4.1 引言39
• 4.2 力感精度分析39-40
• 4.3 動力學(xué)建模40-44
• 4.3.1 重力平衡推導(dǎo)40-42
• 4.3.2 表觀質(zhì)量計(jì)算42-44
• 4.4 尺寸優(yōu)化44-50
• 4.4.1 確定優(yōu)化問題44-46
• 4.4.2 優(yōu)化結(jié)果46-48
• 4.4.3 結(jié)果分析與驗(yàn)證48-50
• 4.5 本章小結(jié)50-52
• 第五章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與改進(jìn)52-60
• 5.1 引言52
• 5.2 絲盤結(jié)構(gòu)優(yōu)化52-55
• 5.3 手腕及其它55-56
• 5.4 最終模型56-59
• 5.5 本章小結(jié)59-60
• 第六章 全文總結(jié)和展望60-62
• 6.1 總結(jié)60
• 6.2 展望60-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明66-67
• 致謝67

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 謝億民;黃曉東;左志豪;唐繼武;榮見華;;漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化法(ESO)和雙向漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化法(BESO)的近期發(fā)展[J];力學(xué)進(jìn)展;2011年04期

2 羅楊宇;陳懇;張玉茹;;機(jī)器人機(jī)構(gòu)的反向可驅(qū)動性設(shè)計(jì)[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2007年06期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 韓江義;帶力覺反饋的主從式遙微操作系統(tǒng)研制與實(shí)驗(yàn)研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

本文編號：607397