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工学硕士学位论文

直角坐标式排牙机器人路径规划与控制

硕士研究生：唐伟
导师：张永德
申请学位级别：工学硕士
学科、专业：机械电子工程
所在单位：机械动力工程学院
答辩日期： 2012 年 3 月
授予学位单位：哈尔滨理工大学
Classified Index：TP242

Dissertation for the Master Degree in Engineering

Path Planning and Control of Cartesian
Robot for Tooth Arrangement

Candidate： Tang Wei
Supervisor： Zhang Yongde
Academic Degree Applied for： Master of Engineering
Specialty： Mechatronic Engineering
Date of Oral Examination： March, 2012
University： Harbin University of Science and
Technology
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文
直角坐标式排牙机器人路径规划与控制
摘要

机器人在医学领域尤其是口腔修复领域的广泛应用，可以极大缩短义齿
的制作周期，减小口腔医生的劳动量并实现自动化，带来巨大的社会效益以
及经济效益。机器人控制系统的研发是保证排牙机器人系统功能全面、开放
性强、可靠性的重要因素。在国内外现有研究成果的基础上，搭建了以多轴
运动控制器 PMAC(Programmable Multi-Axis Controller)运动控制卡为核心的
硬件系统，并设计了直角坐标式排牙机器人系统控制软件。
本文首先分析机器人的结构及排牙的过程，在明确本文多目标抓取的路
径规划问题的基础上，参考典型的旅行商问题，建立起本文的多目标抓取路
径规划问题的数学模型，借助遗传算法对该问题进行求解，获得最优解，确
定各颗义齿排列的先后次序。
建立六自由度直角坐标式排牙机器人的运动学模型。利用齐次变换矩阵
法建立正运动学模型，推导出关节空间至直角坐标空间的转换关系。然后利
用几何法导出了相应的逆运动学模型，建立末端执行器从直角坐标空间与关
节空间的