多输出3D打印并联机器人的设计与研究

发布时间：2017-03-31 06:45

  本文关键词：多输出3D打印并联机器人的设计与研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着智能化生产时代(工业4.0时代)的到来,新型的生产制造技术打破了传统工业制造技术的限制。3D打印技术即增材制造技术的产生,区别于传统的等材制造和减材制造技术,改变了人们对制造工业的看法。3D打印技术不仅可以制造出传统制造技术能够生产的产品,而且在制造内部结构复杂,外表面精度要求高的产品时,具有独特的优势。3D打印技术已经成为近年来制造业备受瞩目的新型生产技术。随着3D打印设备、材料、技术的不断更新,其打印速度、打印精度不断提高,也为3D打印产业行业增加了更多的竞争性和创新性。本次研究的目的主要是在3D打印熔融沉积(FDM)技术的基础上,与并联机构相结合,设计一种新型的3D打印设备。应用FDM技术的3D打印设备适合办公室环境,环保无污染,价格便宜,易于制作。基于对现有3D打印机的研究分析,目前大部分的FDM技术的3D打印机一次只能打印一个产品,大多数运用串联机构,而串联机构具有其自身的缺点。为了达到一台3D打印机一次可以打印多个产品的目的,且在一定程度上提高打印产品的表面精度和力学性能,提出了一种多输出的3D打印并联机器人。设计了两种不同类型的多输出3D打印并联机器人：(1)多输出3D打印冗余并联机器人。这种3D打印并联机器人以Delta并联机构为主构型,通过共用动平台的运动,在动平台上布置多个打印头,可以同时打印多个产品；以Stewart并联机构为辅助构型,增加冗余驱动,提高动平台的运动精度和运动平稳性。(2)多输出3D打印解耦并联机器人。根据提出的一种新型三移动一转动(3T1R)解耦并联机构,通过相同的支链共用驱动,用一套驱动系统驱动多个动平台完成相同的运动,实现多输出的目的。并且以此为设计原型,完成了样机的制作和3D打印实验。文中主要进行了对这两种并联机器人的自由度、运动学正反解、工作空间、灵巧性和静刚度、运动学标定等理论分析,并且对第二种多输出3D打印解耦并联机器人的制造加工、组装调试、产品打印实验进行了简要介绍。
【关键词】：3D打印机器人 并联机构 运动学分析 样机实验
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 课题的研究背景11-12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.2.1 国外3D打印技术研究现状13-15
• 1.2.2 国内3D打印技术的研究现状15-16
• 1.2.3 并联机构的研究现状16-18
• 1.3 研究内容及存在问题18-20
• 1.3.1 3D打印现有问题18
• 1.3.2 课题研究内容18-20
• 1.4 研究意义20-21
• 2 多输出3D打印冗余并联机器人21-41
• 2.1 机器人的结构描述21-23
• 2.2 结构设计分析23-24
• 2.3 运动学分析24-33
• 2.3.1 位置反解分析24-27
• 2.3.2 工作空间分析27-28
• 2.3.3 雅可比矩阵分析28-30
• 2.3.4 运动仿真分析30-33
• 2.4 运动性能分析33-40
• 2.4.1 奇异和灵巧性分析33-36
• 2.4.2 静刚度分析36-40
• 2.5 本章小结40-41
• 3 多输出3D打印解耦并联机器人41-63
• 3.1 3D打印解耦并联机器人的设计分析43-49
• 3.1.1 3T1R并联机构的设计43-46
• 3.1.2 3D打印并联机器人46-49
• 3.2 运动学分析49-55
• 3.2.1 自由度分析49-51
• 3.2.2 运动学正解分析51-53
• 3.2.3 动学逆解分析53-55
• 3.3 奇异及工作空间分析55-57
• 3.3.1 机构奇异性分析55-56
• 3.3.2 工作空间分析56-57
• 3.4 仿真分析57-61
• 3.5 本章小结61-63
• 4 “蜘蛛3D打印机”的样机制作与实验分析63-87
• 4.1 机构有限元仿真分析63-73
• 4.1.1 静应力有限元分析64-67
• 4.1.2 机构模态分析67-71
• 4.1.3 零部件有限元分析71-73
• 4.2 样机的制作73-79
• 4.2.1 样机硬件设计74-76
• 4.2.2 样机控制程序分析76-79
• 4.3 样机实验分析79-85
• 4.3.1 控制分层软件分析79-82
• 4.3.2 产品模型打印分析82-85
• 4.4 本章小结85-87
• 5 总结与展望87-89
• 5.1 工作总结87-88
• 5.2 工作展望88-89
• 参考文献89-93
• 附录A93-95
• 索引95-97
• 作者简历97-101
• 学位论文数据集101

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1 赵新华;并联机器人精度分析与综合研究取得突破[J];天津科技;2005年01期

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4 刘辰;赵升吨;;并联机器人结构及驱动方式合理性的探讨[J];机械科学与技术;2013年06期

5 ;中国首个3D打印并联机器人在重庆诞生[J];机械工程师;2014年01期

6 ;中国首个3D打印并联机器人研制成功 成本仅十万元[J];自动化博览;2013年12期

7 ;重庆设计出3D打印并联机器人[J];机器人技术与应用;2013年06期

8 赵铁石,黄真;欠秩空间并联机器人输入选取的理论与应用[J];机械工程学报;2000年10期

9 曹清林,岑向东,杨玉萍,沈世德;一种线性平面并联机器人机械系统的设计[J];南通工学院学报;2000年S1期

10 金振林,高峰;一种正交并联机器人的灵巧度指标及其分布[J];机械设计;2001年07期

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1 贺利乐;段志善;;并联机器人的动态性能及控制方法的研究现状与展望[A];振动利用技术的若干研究与进展——第二届全国“振动利用工程”学术会议论文集[C];2003年

2 高峰;;并联机器人应用及其机构的创新[A];第十二届全国机构学学术研讨会论文集[C];2000年

3 孙立宁;刘彦武;曲东升;李长峰;;靶定位并联机器人控制研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年

4 陈文家;陈书宏;赵明扬;;一种用于加工的新型4自由度并联机器人[A];2001年中国智能自动化会议论文集（上册）[C];2001年

5 王志峰;吴强;王占林;付永领;;离散微分跟踪器应用于并联机器人单通道控制[A];中国航空学会液压气动专业2005年学术讨论会论文集[C];2005年

6 王志峰;吴强;王占林;付永领;;离散微分跟踪器应用于并联机器人单通道控制[A];中国航空学会控制与应用第十二届学术年会论文集[C];2006年

7 杨廷力;金琼;刘安心;沈惠平;姚芳华;;基于单开链单元的两平移两转动输出并联机器人机型设计[A];第十三届全国机构学学术研讨会论文集[C];2002年

8 张旭;裴忠才;;液压6自由度并联机器人的控制系统研究[A];第五届全国流体传动与控制学术会议暨2008年中国航空学会液压与气动学术会议论文集[C];2008年

9 郭希娟;黄真;;并联机器人加速度的各向同性[A];第十二届全国机构学学术研讨会论文集[C];2000年

10 张建明;王宁;王树青;;使用模糊转换器的神经元非模型控制及在液压并联机器人中的应用[A];1998年中国控制会议论文集[C];1998年

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1 记者 周芹 张亦筑;我市研发出国内首台3D打印并联机器人[N];重庆日报;2013年

2 记者 王阳;“并联机器人”研发形成体系[N];上海科技报;2014年

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1 苏宇;绳牵引并联机器人的力学分析与性能优化[D];西安电子科技大学;2014年

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4 刘善增;三自由度空间柔性并联机器人动力学研究[D];北京工业大学;2009年

5 李艳;二自由度冗余驱动并联机器人的动力学建模及控制研究[D];山东大学;2010年

6 李海虹;一种含柔性杆件的高速并联机器人优化设计方法研究[D];天津大学;2009年

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1 陈美钰;平面五杆并联机器人动力学特性与控制系统研究[D];北京工商大学;2010年

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