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中医推拿作为一种行之有效的医疗保健手段已具有2000多年的发展史了,一直是缓解和治疗人们腰腿疼痛的首选手段。但目前各大医院的临床治疗仍由有经验的推拿师人工进行完成的。由于推拿工作是一项繁重的体力劳动,一个疗程下来推拿师要付出巨大的体力劳动,另外推拿疗效的好坏与推拿师的经验及情绪等因素息息相关,从而限制了具有最洁净优点的中医推拿技术的广泛推广与应用。因此,研制推拿机器人来代替推拿师的劳动将具有重要的现实意义和实用价值。 本文在前人研究的基础上,对推拿机器人末端执行器进行了性能分析和优化设计,具体研究工作如下: 1、对中医推拿机器人末端执行器并联机构进行运动学性能分析。采用坐标变换法对该并联机构进行了位置正反解分析,得到了位置方程,对其进行求导得到机构的速度和加速度正反解表达式,借助MATLAB与ADAMS软件分别绘制出了正反解理论曲线和仿真曲线,通过对比理论曲线和仿真曲线验证理论分析结果的正确性。以雅克比矩阵条件数和全域条件数作为运动学性能评价指标,分析了现有推拿机器人末端执行器的雅克比矩阵条件数的分布及整个工作空间内的全域条件数,探讨了机构各尺寸参数对雅克比矩阵条件数和全域条件数的影响,并借助MATLAB软件绘制了相应的图谱。 2、采用拉格朗日法建立了中医推拿机器人末端执行器并联机构的动力学模型,求出了两移动副关节平衡驱动力的数学表达式。通过MATLAB和ADAMS的联合仿真验证所建动力学模型正确性并分析了该并联机构各尺寸参数对驱动力的影响。采用虚功原理求出了该机构的力雅克比矩阵,在此基础上,求出了作为力学性能评价指标的力灵巧度及力全域条件数表达式,分析了机构尺寸参数对力灵巧度和力全域条件数的影响,以及原有推拿机器人末端执行器的力灵巧度和力全域条件数,并借助MATLAB绘制了相应的图谱。 3、分别以全域条件数、驱动力幅值及两者综合为目标函数,采用MATLAB遗传算法工具箱对末端执行器并联机构进行了结构参数优化,得到了相应的优化结果并对优化的结果进行了验证。 4、基于多目标函数优化得到的末端执行器并联机构的尺寸参数,在Pro/E中建立该并联机构三维模型并将其动平台和连杆转化为柔性体,在ADAMS中对该模型进行刚柔耦合动力学仿真,得到了动平台和连杆的载荷文件。在ANSYS中给动平台和连杆添加合理的约束,并导入相应的载荷文件,然后,对其进行有限元分析可得到动平台和连杆的变形和应力云图,检验它们的刚度和强度条件,为后续的结构设计指明方向。在ANSYS中对该并联机构进行了模态分析,提取了前6阶的固有频率和振型,为有效避免机构发生共振和控制系统设计提供了理论依据。