SCARA型排牙机器人结构设计与仿真分析

【摘要】为了恢复患者的颌面形态及生理功能，保护下颌组织的健康，需要及时的进行口腔修复。传统的口腔修复往往是以视觉评价和手工操作为基础的，导致临床医疗过程中存在很大的随机性和局限性。伴随着计算机技术和排牙理论的完善，为设计出临床口腔应用的排牙机器人提供了可能，因此本论文所研究的SCARA型排牙机器人就是以实际应用为目标，力图设计出小型化，低成本的排牙机器人，从而达到缩短全口义齿制作周期，提高排牙精度的目的。本课题首先研究当前义齿排列方法，查阅相关的国内外文献，并综合机器人的结构布局方式，提出SCARA型排牙机器人的设计方案。基于口腔修复学的临床要求，对排牙机器人做出功能分析，对关键关节和驱动方式进行详细的设计。首先根据模块化设计思想，分别对步进电机，同步齿形带，螺纹丝杠等部分进行相应的选型与计算并着重对升降机构，腕部结构和手爪夹持机构进行设计，运用Pro/E软件绘制出机器人的三维模型。然后引入CAE和有限元基本理论，利用ANSYS/Workbench对机器人进行整体静力学分析，并对关键部位在载荷作用下进行变形分析。然后运用机器人运动学理论，采用D-H法建立排牙机器人的坐标系，推导出正逆变换方程及其相应解，并通过Matlab中的SimMechanics工具箱对机器人的工作空间进行绘制，从而为机器人结构参数和布局结构提供参考。最后建立虚拟样机模型，借助Pro/E与Adams的接口软件，将装配体模型导入Aview模块中，通过添加运动副和接触条件，采用位移驱动的方式得出机器人手爪末端的位移曲线，测算出手爪与牙套之间的接触力大小，并对机器人的振动情况进行分析，得到手臂的1~6阶模态位移。通过对SCARA型排牙机器人计算选型、虚拟样机建模、静力学变形分析、工作空间绘制、运动仿真分析，可以为设计的排牙机器结构的优化提供参考依据，并验证机器人结构方案合理型，为控制方案的选择奠定理论基础。
【作者】张伟亮；
【导师】张永德；
【作者基本信息】哈尔滨理工大学，机械电子工程，2013，硕士
【关键词】结构设计；工作空间；SCARA排牙机器人；模态分析；

【参考文献】
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