遙微操作機(jī)器人系統(tǒng)建模、分析及魯棒控制研究.pdf

1、遙微操作機(jī)器人是用來實現(xiàn)或提高人在那些不符合人體尺度的小尺度或微觀世界中完成精細(xì)作業(yè)任務(wù)的一類主從式遙操作機(jī)器人。它拓展了人類的作業(yè)空間，在醫(yī)療、微生物、微機(jī)械等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。無論從實際應(yīng)用前景還是理論研究意義來看，這方面的研究都具有巨大的研究價值。本文是結(jié)合國家自然科學(xué)基金項目——“遙微操作機(jī)器人力覺臨場感的理論和方法研究（60575051）”展開研究的。 本文首先介紹了國內(nèi)外面向微創(chuàng)手術(shù)的遙微操作機(jī)器人系統(tǒng)的研究

2、背景、發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢。采用二端口網(wǎng)絡(luò)理論建立了遙微操作機(jī)器人系統(tǒng)的動力學(xué)模型。然后從分析系統(tǒng)的動力學(xué)方程入手，分析了遙微操作機(jī)器人系統(tǒng)實現(xiàn)比例跟蹤理想性能指標(biāo)時的條件。 其次，針對應(yīng)用于微創(chuàng)外科手術(shù)，作業(yè)環(huán)境是人體軟組織的遙微操作機(jī)器人，指出了以往位置和力比例跟蹤理想性能指標(biāo)的不足，研究了一種新穎的遙操作機(jī)器人系統(tǒng)面向微創(chuàng)外科手術(shù)時的逼真性性能指標(biāo)。給出了遙操作系統(tǒng)在滿足魯棒穩(wěn)定性和跟蹤性能指標(biāo)的前提下，實現(xiàn)逼真性最優(yōu)性能指標(biāo)的

3、方法，同時基于本文所研究的逼真性性能指標(biāo)分析了三種不同控制結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣。 然后，介紹了H 魯棒控制的基本理論和方法。針對應(yīng)用于微創(chuàng)外科手術(shù)的遙微操作機(jī)器人系統(tǒng)，提出了一種基于H 混合靈敏度魯棒控制器的設(shè)計方法。仿真實驗表明自由運(yùn)動狀態(tài)下主、從手具有良好的比例跟蹤效果。 最后，參與研制了一套單自由度遙微操作機(jī)器人實驗系統(tǒng)，包括該實驗系統(tǒng)的機(jī)械、硬件電路和軟件的設(shè)計。使用動物軟組織在研制的實驗系統(tǒng)上進(jìn)行了位置和力的1：1及1：