柔索驱动并联3D打印机设计、刚度分析及试验研究

发布时间：2020-09-02 19:42

　　 3D打印技术是当前国内外机器人领域、先进制造等领域研究的热点之一,作为第三次工业革命的重要生产工具,3D打印技术在未来将会取得长足的进步。3D打印机作为实现3D打印技术的载体,多年以来都以传统的串联或并联结构为主,串并联机构各有各的的优缺点,柔索驱动并联技术的发展为3D打印机的结构提供了全新的选择,并且能避开传统串并联机构的缺点,因此本文设计了一种新型柔索驱动并联3D打印机。本文对柔索驱动并联3D打印机系统进行了基础性研究:机构设计、运动学与动力学分析、刚度与稳定性分析、仿真分析与试验研究。针对3D打印机实际工作的需要,所设计的柔索驱动并联3D打印机由柔索驱动模块、随动张紧模块、送料模块、打印头模块、热床与机架等级部分组成,通过柔索平行四边形原理限制打印头的转动自由度,实现打印头三自由度移动的打印操作,随动张紧模块的存在使得机构成为完全约束的柔索驱动并联机构;通过矢量封闭原理与柔索长度约束,建立打印机的运动学模型,通过牛顿-欧拉法建立打印机的动力学模型;打印喷头工作的稳定性对打印精度有着重要的影响,从定义出发建立了打印机的静刚度模型,由于刚度矩阵在衡量系统稳定性时具有一定的局限性,在系统静刚度的基础上提出一种能表征系统稳定性能的指标,可以便捷的分析打印机系统的稳定性;为了验证理论分析的正确性,对打印机进行运动学与动力学模型、刚度模型以及稳定性指标进行仿真分析,搭建柔索驱动并联3D打印机样机试验平台,进行空行程精度试验与实际打印测试,通过仿真结果与试验结果的对比,表明理论分析的正确性以及柔索驱动并联3D打印机的可行性。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP334.8
【部分图文】：

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来源以 3D 打印技术与柔索驱动技术为研究背景，来源于国家“基于柔索并联机构的多功能 3D 打印机（2016.06-2018.0金重大研究计划培育项目“多柔体耦合驱动腰部康复机器8-2020）”。背景与意义先的管理咨询机构麦肯锡公司于 2013 年发布了一项名为《济的 12 大颠覆技术》的报告，分别分析研究了包括互联机器人技术、3D 打印技术等 12 项关键技术对未来经济影示就是麦肯锡公司所列举的 12 种颠覆性技术及其未可能小。

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图 0.4 500 米口径球面射电望远镜图 0.5 FAST 5m 室内缩比模型Fig 1.4 Five-hundred-meter aperture sphericaltelescopeFig 1.5 Five meters scale model of FAST图 0.6 柔索驱动并联腰部康复机器人图 0.7 4 台起重机联合吊装文物Fig 1.6 The cable-driven parallel waistrehabilitation robotFig 1.7 Cooperation of four mobile cranes flifting the relic

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