直角坐标式弯丝机器人的结构设计与运动学分析

【摘要】随着机器人技术的发展，医疗机器人的应用越来越广泛。医疗机器人可以辅助或代替医生进行医疗诊治具有准确性好、可靠性高和创伤小的特点。随着生活水平的提高，人们对于自我形象的注重，牙齿的美观越来越受到人们的注重，口腔正畸的主要方法就是佩戴符合患者病情的正畸弓丝，而传统的正畸弓丝弯制方法需要手工弯制并进行多次对比和修正，这种方法费时费力，且对医生掌握弯丝过程的熟练程度要求很高。因此弓丝弯制机器人是机器人技术在医疗领域的一次成功应用。本课题根据小型化、专用式弓丝弯制机器人的要求，首先对弓丝弯制的方法做出了介绍，然后确定弓丝弯制机器人的总体方案，并对机器人的弯曲结构，移动平台，旋转机构做出具体的结构设计。同时设计出末端夹持机构来解决夹紧弓丝的问题。其次利用三维制图软件Solidworks建立弓丝弯制机器人的虚拟样机模型，同时通过使用ANSYS/Workbench对弓丝弯制机器人进行了整体的静力学分析，并利用ANSYS/Workbench分析关键部件的变形情况。然后采用D-H法建立机器人的坐标系，求出广义坐标系下的末端位姿变换矩阵，推算出机器人运动学的正逆解，并借助Matlab中的SimMechanics工具箱分析机器人的实际工作空间。根据以上设计搭建实验平台，最后以某患者的口腔参数为例进行弓丝弯制实验，并对实验结果进行误差分析。通过对直角坐标式弓丝弯制机器人的虚拟样机建模、机器人总体静力学分析和局部的静力学分析、运动学正逆求解、工作空间分析、以及对弓丝弯制的过程实验，表明了设计的直角坐标式弓丝弯制器人总体方案及具体实施步骤均是可行的、合理且有效的。
【作者】周凯；
【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】弓丝弯制机器人；结构设计；有限元分析；运动学分析；

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