面向多向3D打印的混联机构及其运动分析

为解决多向3D打印装备瓶颈问题,提出一种完全解耦五自由度混联机构作为3D打印的执行机构,该机构由并联模块3-CP_aRR和串联模块RRo组成,其中并联模块由3条相同CP_aRR支链构成,可实现空间的三维移动,串联模块RRo用于调整打印头姿态,改善3D打印过程中的台阶现象、干涉问题。基于约束螺旋理论,分析了3CP_aRR&RRo机构自由度,并通过ADAMS建模对其进行了验证。然后运用D-H法求得混联机构的运动学方程,对机构的位姿正解表达式求导,得到了机构的雅可比矩阵和末端速度方程,分析了机构在工作空间内的奇异性问题,通过对模型运动仿真,绘制出了机构末端输出速度曲线,验证了上述分析的正确性。

五自由度3D打印并联机器人设计及分析

为实现多向3D打印,设计了一种新型五自由度3D打印并联机器人,该机器人具有两个转动自由度和三个平动自由度,其特点是采用铰接的动平台以获得大的工作空间。根据建立的运动学模型,计算了该机器人机构的运动学反解,分析了定姿态位置工作空间和定位置姿态工作空间,用螺旋理论方法建立了速度雅可比矩阵,在此基础上分析了五自由度3D打印并联机器人的奇异性、灵巧性,并进行了运动仿真分析。研究结果表明,所设计的五自由度3D打印并联机器人具有大的位置工作空间和姿态工作空间,该机器人在工作空间内存在奇异位置,通过添加冗余驱动后可以消除奇异位置,并且具有良好的灵巧性,适合多向3D打印。

五自由度混联3D打印机设计与运动学分析

为满足多向3D打印需求,提出一种五自由度混联3D打印机并对其进行运动学分析。该3D打印机由拓扑构型为2UPR&2RPS的并联机构和二自由度十字运动平台组成,其特点是在实现xyz三轴运动的同时,通过并联机构运动产生θ和ψ转角,获得多向3D打印的能力。基于旋量理论,分析该打印机的自由度,证实其具有空间两转动和三平动(2R3T)能力。运用闭环矢量回路法推导出运动学逆解方程,再通过消元法将其简化为一元三次方程,进而得到混联3D打印机的运动学正解。在此基础上,以分层切片搜索算法,预估该3D打印机的工作空间,并对其进行奇异性和运动仿真分析。研究结果表明:该五自由度混联3D打印机具有大的位置和姿态工作空间且无奇异位置,能够通过改变打印头的姿态实现多向3D打印。