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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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本文编号:279035

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