四自由度并联两指微操作系统动力学建模仿真与实验研究

摘要

课题来源于国家重点基础研究发展计划项目(973计划)(2011CB707602)；国家自然科学基金项目(51275229)，国家重大仪器开发专项（2012YQ100225）。
　　近几十年来，随着医疗领域及生物工程领域的不断发展壮大，微操作技术越来越受到各方的重视。微操作是指借助电子显微镜等仪器设备实现对1mm以下的物体进行精细的操作和处理，例如，医疗及生物工程领域的科学家需要对生物体细胞作许多微操作，像移动、夹持、切片、穿刺等等，而运用微操作手可方便地实现上述操作，因此微操作手在这些领域中均具有良好的前景和重要的应用价值。本项研究基于直线超声电机的一系列优点，比如运动范围大，响应快，结构紧凑等，以其作为驱动元件，设计和改良了一款四自由度的微操作系统，位移分辨率为96μm，最大输出位移为2mm，可用于细胞及其他微小器件的夹取和移动操作。本项研究对于我国生物工程领域、医学领域以及微纳科学技术领域的发展具有积极的推进作用。
　　本文详细介绍了一种以直线超声电机为驱动元件的四自由度并联两指微操作系统，首先介绍了其结构，阐述了其运动机理；通过ADAMS软件，建立了微操作手的动力学分析模型，进行了动力学仿真，分析得到了该微操作手的一系列运动参数及性能；最后通过实验的方法，对微操作手的性质进行进一步的研究，证明其可用性与实用性，同时对微操作手在使用过程中出现的机械漂移现象加以研究，对其产生原因及如何降低其对抓取和移动的影响作了描述。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外微操作手的发展历史及进展

1.3直线超声电机的研究和发展

1.4 选择直线超声电机作为驱动器的原因

1.5 本课题的研究意义目标及主要内容

第二章 微操作系统的结构设计及运动机理分析

2.1 引言

2.2 微操作手的结构介绍及方案比较

2.3 二自由度平台

2.4 微操作系统机械结构部分整体构造

2.5 微操作手的运动学分析

2.6 本章小结

第三章 基于ADAMS的微操作手动力学建模与仿真

3.1 引言

3.2 ADAMS软件简介

3.3 微操作手的动力学建模

3.4 本章小结

第四章 微操作系统的实验研究

4.1引言

4.2 实验装置及设备

4.3 实验研究

4.4 本章小结

第五章 微操作手的机械漂移现象的研究

5.1 引言

5.2 漂移现象

5.3 漂移现象的实验研究

5.4 产生机械漂移的原因猜想

5.5 减小机械漂移影响的方法

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文的主要工作

6.2 进一步研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文