中醫(yī)推拿機器人末端執(zhí)行器的性能研究與優(yōu)化設計.pdf

1、中醫(yī)推拿作為一種行之有效的醫(yī)療保健手段已具有2000多年的發(fā)展史了，一直是緩解和治療人們腰腿疼痛的首選手段。但目前各大醫(yī)院的臨床治療仍由有經驗的推拿師人工進行完成的。由于推拿工作是一項繁重的體力勞動，一個療程下來推拿師要付出巨大的體力勞動，另外推拿療效的好壞與推拿師的經驗及情緒等因素息息相關，從而限制了具有最潔凈優(yōu)點的中醫(yī)推拿技術的廣泛推廣與應用。因此，研制推拿機器人來代替推拿師的勞動將具有重要的現實意義和實用價值。
　　本文在前

2、人研究的基礎上，對推拿機器人末端執(zhí)行器進行了性能分析和優(yōu)化設計，具體研究工作如下:
　　1、對中醫(yī)推拿機器人末端執(zhí)行器并聯機構進行運動學性能分析。采用坐標變換法對該并聯機構進行了位置正反解分析，得到了位置方程，對其進行求導得到機構的速度和加速度正反解表達式，借助MATLAB與ADAMS軟件分別繪制出了正反解理論曲線和仿真曲線，通過對比理論曲線和仿真曲線驗證理論分析結果的正確性。以雅克比矩陣條件數和全域條件數作為運動學性能評價指標，

3、分析了現有推拿機器人末端執(zhí)行器的雅克比矩陣條件數的分布及整個工作空間內的全域條件數，探討了機構各尺寸參數對雅克比矩陣條件數和全域條件數的影響，并借助MATLAB軟件繪制了相應的圖譜。
　　2、采用拉格朗日法建立了中醫(yī)推拿機器人末端執(zhí)行器并聯機構的動力學模型，求出了兩移動副關節(jié)平衡驅動力的數學表達式。通過MATLAB和ADAMS的聯合仿真驗證所建動力學模型正確性并分析了該并聯機構各尺寸參數對驅動力的影響。采用虛功原理求出了該機構的力

4、雅克比矩陣，在此基礎上，求出了作為力學性能評價指標的力靈巧度及力全域條件數表達式，分析了機構尺寸參數對力靈巧度和力全域條件數的影響，以及原有推拿機器人末端執(zhí)行器的力靈巧度和力全域條件數，并借助MATLAB繪制了相應的圖譜。
　　3、分別以全域條件數、驅動力幅值及兩者綜合為目標函數，采用MATLAB遺傳算法工具箱對末端執(zhí)行器并聯機構進行了結構參數優(yōu)化，得到了相應的優(yōu)化結果并對優(yōu)化的結果進行了驗證。
　　4、基于多目標函數優(yōu)化得

5、到的末端執(zhí)行器并聯機構的尺寸參數，在Pro/E中建立該并聯機構三維模型并將其動平臺和連桿轉化為柔性體，在ADAMS中對該模型進行剛柔耦合動力學仿真，得到了動平臺和連桿的載荷文件。在ANSYS中給動平臺和連桿添加合理的約束，并導入相應的載荷文件，然后，對其進行有限元分析可得到動平臺和連桿的變形和應力云圖，檢驗它們的剛度和強度條件，為后續(xù)的結構設計指明方向。在ANSYS中對該并聯機構進行了模態(tài)分析，提取了前6階的固有頻率和振型，為有效避免機