遙微操作機器人系統建模、分析及魯棒控制研究.pdf

1、遙微操作機器人是用來實現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作業(yè)任務的一類主從式遙操作機器人。它拓展了人類的作業(yè)空間，在醫(yī)療、微生物、微機械等領域都有著廣泛的應用前景。無論從實際應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。本文是結合國家自然科學基金項目——“遙微操作機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外面向微創(chuàng)手術的遙微操作機器人系統的研究

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

3、方法，同時基于本文所研究的逼真性性能指標分析了三種不同控制結構的優(yōu)劣。 然后，介紹了H 魯棒控制的基本理論和方法。針對應用于微創(chuàng)外科手術的遙微操作機器人系統，提出了一種基于H 混合靈敏度魯棒控制器的設計方法。仿真實驗表明自由運動狀態(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器人實驗系統，包括該實驗系統的機械、硬件電路和軟件的設計。使用動物軟組織在研制的實驗系統上進行了位置和力的1：1及1：