基于微注射的微动并联机器人机构研究

摘要

近年来，随着微动机器人技术的发展，生物工程技术也获得了飞速发展。本论文针对生物工程中细胞注射微操作这一应用领域，结合微动并联机器人的特点，进行了微注射操作并联机器人机构的研究。具体内容如下： 1．在分析了微注射操作技术要求和微动机器人机构结构特点的基础上，对少自由度微动并联机构进行了构型研究，确定了微操作机构构型的理论依据。 2．对比分析了可实现并联机构动平台3平移运动的支链结构类型，并以3-RUU并联机构作为原型，采用正交布置形式，通过柔性铰链替换法设计出了一种新型的3-RUU柔性并联机构，同时建立了这种机构的三维模型。 3．根据微动机器人的功能特性，研究了多种柔性运动副的形状与柔度和运动精度的关系，重点分析了柔性转动副分别在力、力偶作用下，实际转动轴心的变化情况，并根据所得的结果提出了根据受力形式不同创建支链中相应结构柔性转动副的设计方法，并用于新型3-RUU柔性并联机构的设计中。 4．对3-RUU柔性并联机构进行了运动学分析，建立了3-RUU微注射机构的运动学正、反解方程，通过Matlab软件对该机构的数学模型进行了实例分析。同时对3-RUU微注射机构进行了有限元分析，仿真分析结果表明本文所设计的3-RUU柔性并联机构能够满足生物工程中微注射操作的运动功能要求。

目录

文摘

英文文摘

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致谢

1绪论

1.1微操作技术在生物工程中的应用

1.1.1微操作技术的生物工程应用背景

1.1.2微注射技术操作要求

1.2基于生物工程的微动机器人研究进展

1.3课题提出及研究目标

1.4论文结构及研究内容

2微注射机构的选型与设计

2.1引言

2.2并联机构与柔性机器人机构

2.3柔性铰链

2.3.1柔性铰链概述

2.3.2柔性铰链的几何模型

2.3.3柔性铰链的材料和加工方法

2.4微注射机构型综合

2.4.1微注射操作自由度分析

2.4.2约束支链综合

2.4.3微注射操作机构列举

2.5小结

3柔性转动副的柔度、精度分析

3.1引言

3.2柔性转动副概述

3.3柔性转动副柔度、精度研究

3.3.1圆形柔性转动副的柔度分析

3.3.2三角形柔性转动副的柔度分析

3.3.3矩形柔性转动副的柔度分析

3.3.4非对称形柔性转动副的柔度分析

3.3.5矩形柔性转动副精度分析

3.4柔性转动副的精度仿真

3.5小结

4微注射操作机构运动学分析

4.1引言

4.2微动机器人运动学分析的基础

4.2.1“伪刚体模型”的概念

4.2.2 3-RUU微注射机构模型的建立

4.3 3-RUU微注射机构的运动学分析

4.3.1 3-RUU微注射机构的自由度分析

4.3.2 3-RUU微注射机构的数学模型

4.3.3 3-RUU微注射机构的运动学反解

4.3.4 3-RUU微注射机构的运动学正解

4.4小结

5微注射操作机构实例仿真分析

5.1引言

5.2微注射机构实例验证

5.3微注射机构的有限元仿真分析

5.3.1 ANSYS有限元法

5.3.2 建立RUU支链的有限元模型及分析

5.3.3 建立3-RUU微注射机构的有限元模型及分析

5.4小结

6总结与展望

6.1工作总结

6.2研究展望

参考文献

附录A 发表的论文

作者简历