面向生物工程的微操作机器人机构型综合研究.pdfVIP

2001 年 6 月 北 京 航 空 航 天 大 学 学 报 June 　2001 　 　 第27 卷 第3 期 Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics Vol. 27 　No 3 面向生物工程的微操作机器人机构型综合研究 于靖军　　毕树生　　宗光华　　赵　玮 (北京航空航天大学 机械工程及自动化学院) 　　摘 　　　要 : 首先针对微操作的特点 ,提出了面向生物工程的微操作机器人机 构选用与设计准则. 列举了各种可能的 3 自由度并联机构型式,运用螺旋理论对 3 自 由度平动并联机构型综合的机理作了分析与解释. 在此基础上 ,对 3 自由度平动并联 机构进行了型综合. 定性地分析了各类机构作为微动机器人机构所具有的优缺点 ,从 而选择出适合用于生物工程领域微操作的机型. 最后给出了机构的 CAD 模型和实体 模型. 关 　键 　词 : 空间机构 ; 生物工程 ; 综合 ; 螺旋理论 中图分类号: TH 112. 5 ( ) 文献标识码 : A 　　　　文 章 编 号 : 2001 　　近年来 ,微操作机器人技术已受到国内外专 微动机器人机构[6 ] . 家学者的广泛关注 ,并首先在美国和日本迅速得 到了发展. 现在 ,这项技术已应用在生物工程、机 1 　机构选用准则 电、医学医疗等领域之中,如用于实现细胞的注射 对于面向生物工程领域的微操作机器人机构 分割、微机电产品的加工装配和微外科手术等. 可 而言 ,在考虑到前面所述微操作机器人机构的一 以说,微操作机器人技术是一项跨世纪的技术 ,代 般特点的同时 ,还要考虑到生物工程领域微操作 表着机器人发展的一大趋势. 本身所具有的特点 ,从而需要在结构、自由度及操 作为微操作机器人系统的一个重要组成部分 作空间等方面应予以特殊考虑 : ———微动机器人机构 ,通常具有下面一些特点 : ) 1 机构的结构应简单紧凑、传动层次少、刚 ) ( 1 宏主体 ,微对象 一般在亚毫米到亚微米 度好. 为与显微操作工作台及整个系统相匹配 ,机 ) 级 ; 器人本体要求要结构紧凑 ,尺寸不宜过大. 而结构 2) 驱动精细 ,操作精密 ; 本身 ,应力求简单 ,支链上的传动层次少 ,这样不 3) 具有很高的定位精度和重复定位精度 ; 仅减少了误差 ,而且也简化了机构的运动学和动 4) 具有很高的几何精度和精度稳定性 ; 力学模型 ,从而简化了控制方案和标定. 5) 具有良好的动态特性. 2) 根据满足任务要求的原则 ,选择机器人机 针对上述特点 , 目前在国内外已开发出一些 构的自由度数. 为实现灵巧操作选择 6 自由度机 新型的微动机器人机构. 如在生物、医学等领域 , 构为最好 ,但在满足任务要求的前提下 ,