细胞遗传学论文分子遗传学论文-染色体切割装备宏动平台动力学特

1、细胞遗传学论文分子遗传学论文-染色体切割装备宏动平台动力学特性及其控制研究 【摘要】： 染色体显微切割技术是细胞遗传学与分子遗传学相结合的一项桥梁技术,但染色体切割装备的技术水平和应用范围制约了该项技术的推广。本文针对一种新型染色体切割装备的宏动平台进行了以下研究: 根据宏微双重驱动机器人的设计思想,提出了6-(P-2P-S)宏动平台机构,该机构是具有正交位姿的六自由度并联机构,具有部分运动解耦、运动惯性小、装配工艺性好等优点。对这种宏动平台的位置与工作空间问题进行了分析,绘制了位置和姿态工作空间轮廓图,定量分析了各主要结构参数对工作空间大小的影响。分析了这种宏动平台的运动和几何误差

2、等性能,定义了多项速度传递性能和几何误差传递性能评价指标,给出了这些评价指标在工作空间内的分布规律。 建立了这种宏动平台的完整动力学模型,绘制了宏动平台操作动作对应不同姿态、速度、加速度下的驱动力曲线,分析了驱动力与构件结构参数之间的映射关系。分析了这种宏动平台的受迫振动和残余振动特性,定义了定位精度评价指标,研究了评价指标与不同激振力和频率比的映射关系,给出了残余振动最大振幅在姿态空间内的分布规律,并以定位精度为目标函数进行结构参数优化设计。 提出了这种宏动平台面向控制应用动力学模型的分步简化方法,建立了动力学控制子系统,并基于简化动力学模型逆解计算,提出了能够精确消除动力学干扰的动力学前馈

3、控制算法。基于Backstepping方法分别设计了标称模型控制器、鲁棒自适应补偿控制器和鲁棒自适应滑模分散控制器,并验证了这些方法的有效性。 建立了宏动平台实验样机控制系统,进行了轨迹跟踪控制实验。 本文的成果对染色体切割装备6-(P-2P-S)宏动平台实验样机设计及其控制系统研制具有重要的研究意义和实用价值。【关键词】：染色体切割装备 6-(P-2P-S)宏动平台 性能评价指标 动力学模型 定位精度 分步简化策略 Backstepping方法 轨迹跟踪控制 【学位授予单位】：燕山大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2010【作者】：张典范【付费索取全文】Q联系Q：138113721 Q

4、联系Q:139938848【目录】： · 摘要4-5· Abstract5-12· 第1章 绪论12-23· 1.1 课题研究的背景和意义12-17· 染色体切割装备12-14· 宏微双重驱动机器人14-15· 宏动平台工作流程15-17· 1.2 并联机器人研究现状17-22· 并联机器人17-18· 正交并联机器人18-19· 并联机器人新发展19-22· 1.3 课题研究内容和目的22-23· 课题来源22· 研究内容和目的22-23· 第

5、2章 6-(P-2P-S)宏动平台运动学特性23-46· 2.1 6-(P-2P-S)机构特点23-24· 2.2 位置分析24-29· 方向余弦矩阵25-26· 位置关系26-29· 2.3 工作空间分析29-34· 结构约束条件29-30· 工作空间形状30-33· 结构参数对工作空间体积的影响33-34· 2.4 运动传递性能分析34-40· 速度雅可比矩阵34-37· 速度传递性能评价指标的定义及其分布37-40· 2.5 几何误差分析40-45· 几何误差

6、模型40-41· 几何误差评价指标定义及其分布41-44· 结构参数对几何误差的影响44-45· 2.6 本章小结45-46· 第3章 6-(P-2P-S)宏动平台动力学特性46-77· 3.1 刚体动力学模型46-54· 建模方法及步骤46-47· 广义坐标下运动分析47-48· 动力学计算48-53· 动力学方程53-54· 3.2 刚体逆动力学分析54-61· 典型运动仿真分析54-59· 结构参数对驱动力的影响59-61· 3.3 振动分析61-72

7、3; 振动方程61-67· 受迫振动67-70· 残余振动70-72· 3.4 基于定位精度的结构参数优化72-76· 优化目标函数73· 结构参数对目标函数的影响73-75· 优化算法和结果分析75-76· 3.5 本章小结76-77· 第4章 6-(P-2P-S)宏动平台控制策略研究77-107· 4.1 面向控制应用的动力学模型77-88· 动力学模型分解77-79· 第一步简化方案79-84· 第二步简化方案84-87· 简化效果检验87-88·

8、4.2 动力学前馈控制88-92· 控制系统设计88-89· 动力学控制子系统设计89-90· 动力学前馈控制性能检验90-92· 4.3 基于Backstepping 的标称模型控制92-96· 宏动平台动力学模型的数学性质93-94· 标称模型控制器设计94-95· 标称模型轨迹跟踪控制仿真95-96· 4.4 基于Backstepping 的鲁棒自适应控制96-106· 宏动平台的不确定性因素分析97-99· 鲁棒自适应补偿控制器99-103· 鲁棒自适应滑模分散控制器103-1

9、06· 4.5 本章小结106-107· 第5章 6-(P-2P-S)宏动平台控制系统研制及实验107-120· 5.1 染色体切割设备宏动平台实验样机107-112· 实验样机结构改进及部件选择107-110· 电机容量校核110-111· 实验样机结构特点111-112· 宏动平台运动仿真112· 5.2 宏动平台控制系统硬件结构设计112-114· 5.3 轨迹跟踪控制实验114-119· 动力学前馈控制流程114-116· 控制实验116-119· 5.4 本章小结119-120· 结论120-122· 参考文献122-131· 攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果131-132