基于FDM的并联臂的单喷头双色3D打印机的研究与设计

3D打印技术是近几年以来兴起的具有巨大发展潜力的一项科研技术。在形形色色的3D打印机市场,各种各样的打印机的出现,也是预示着3D打印这项技术的潮流已经到来。本文主要是结合现有的三角洲桌面3D打印机的结构提出了一些在结构上的创新,并对这方面进行了阐述。

一种并联臂运动控制装置的设计

设计了一种基于并联臂的平台运动控制装置,该装置的并联臂由三个垂直往复运动的滑台协助运动,主控430单片机控制驱动滑台的步进电机,实现了平台的升降及多角度运动控制。经迷宫平台测试,该装置能平稳实现自由小球走迷宫功能,在实际生产中有推广价值。

并联臂增材制造机器人滑模变结构运动控制系统研究

针对增材制造成型零件高精度高性能的需求,为了进一步降低成型零件的形位误差和表面粗糙度值,文章搭建了并联臂增材制造机器人运动控制平台,基于滑模变结构控制理论,提出一种适用于不确定性机器人的智能控制方法。该方法首先对系统的运动学和动力学进行建模,得到机器人运动学雅可比矩阵,利用拉格朗日功能平衡法,构建出存在外部扰动和不确定项的运动控制模型,克服了并联臂机器人解耦困难的问题;然后,基于状态偏差和各阶导数变化,构建滑模控制函数,通过不断调整系统自身结构,使其始终沿着设定的超越曲面运动,增强控制系统对外部扰动的鲁棒性,实现不确定系统的精确控制。最后,利用数值仿真及试验,验证控制系统的可行性,从成型零件表面粗糙度和形位公差两方面与常规PID控制方法进行比较,试验结果表明,表面粗糙度值Ra和Rz降低了40%左右,形位公差值降低了30%左右,控制精度高于常规PID控制方法。

并联臂式3D打印机机构设计与研究

文章针对并联臂式3D打印机机构展开研究,主要目标是研究一种便携式可伸缩的并联臂式3D打印机机构。在传统3D打印机的基础上提出并联臂式虚拟轴设计方案,构造一种新型3D打印机的机构,并将其作为3D打印机运行的本体机构。

并联臂3D打印机打印空间的研究及改进

分析了并联臂3D打印机的直臂长、基杆长、连杆长和打印空间的关系,并得出在直臂长和基杆长一定的情况下,如何确定连杆长度以获得最大的打印空间。在不改变直臂长和基杆长前提下改进并联臂3D打印机的结构优化打印空间,最后分析得出改进后的结构可以达到目的。

并联臂连杆3d打印机设计

随着3D打印行业的兴起,3D打印机新结构的设计至关重要,打印头移动速度快,打印精度高,组成部件数量少,制造成本低是设计时考虑的主要因素。本文根据已有并联臂3D打印机原理为参照,使用达索公司的三维设计软件Solidworks,设计出一款组件少,结构紧密,可携带外出打印,零件易加工、更换,由并联连杆机构,固定基座和控制电机组成的并联臂3D打印机主体部分,通过控制三台同等参数的24V直流电机分别操纵相应的连杆机构,实现打印头在三维空间中的快速、精准移动。

一种3自由度并联抛磨机械臂的运动学分析

针对百叶窗叶片的仿形抛磨要求,研究了一种可为末端执行器提供X向、Y向的移动和Z向转动的3自由度并联机械臂。为了验证机械臂的运动学性能,首先,描述了其机构特征,并基于螺旋理论进行了机构自由度分析;其次,基于闭环矢量法构建了机构运动学方程,对其进行了位置正、逆解分析,并通过具体算例对分析结果进行了初步验证;最后,构建了机构的数值仿真模型和虚拟样机模型,进行了位置、速度的逆运动学仿真分析。仿真结果表明,两种模型的分析结果一致,逆解理论分析结果可信;机械臂各支链可协调运动,运动过程平稳,位移、速度曲线平滑、无突变,可为后续机械臂的尺寸优化和运动控制提供依据。

可变胞并联机械臂样机的研制与误差分析

提出了一种通过驱动副锁定组合实现变胞的超冗余并联机械臂,其基础构型是3-PUPS并联机构,对机械臂进行了误差建模与分析,并通过标定系统测量了机械臂实验样机的定位误差。首先,提出了通过对3-PUPS机构各驱动副的组合锁定实现机械臂变胞的设计思路,从而使机械臂可以根据任务需求改变自身构型和性能;然后,采用含误差源的闭环矢量回路法,建立了机械臂3-PUPS机构的误差传递模型,并以此为基础,分析了机械臂的各误差源对其运动平台输出误差的影响规律;接着,根据各误差源对机械臂的输出误差影响程度,确定了各主要运动副配合零件的加工精度等级及公差,在此基础上研制出机械臂的实验样机;最后,采用一套高精度的工业机器人标定系统对机械臂的实验样机进行了定位误差测量,实验表明:机械臂的运动平台的位置误差均在0.005~0.038mm之间,姿态误差均在0.010~0.044°之间,位置误差比通用式工业机器人的位置重复定位精度0.05mm略有提高,姿态误差与通用式工业机器人的姿态重复定位精度0.045°相当。

一种基于3次谐波注入的并联三相四桥臂逆变器均流控制策略

三相四桥臂逆变器(3p4l)在三相三桥臂逆变器的基础上引入第四桥臂,使得三相能够解耦控制并具备带不对称负载能力,在此基础上采用3次谐波注入可以提高逆变器的直流电压利用率。若将多个三相四桥臂逆变器单元共直流母线并联,能够实现扩容。但是并联单元的电感电流若不采取控制,会导致环流问题,严重时会损坏逆变器。在基于平均电流均流控制策略的基础上,采用一种适用于模拟电路实现的3次谐波注入方式。由于主电路元器件参数的不对称性,并联单元各自生成的3次谐波不对称,增大了并联单元之间的零序环流。针对该问题,提出一种基于各并联单元3次谐波信号平均值法的三相四桥臂逆变器并联均流控制策略。在保留3次谐波注入的同时使得并联模块四个桥臂电感电流得到控制,消除环流,实现了并联桥臂均流。最后通过仿真和实验验证了控制策略的正确性。

一种新型2自由度并联机械臂的轨迹控制

介绍了一种基于双极坐标并联机械臂的运动轨迹示教再现的设计方法。以文字书写为例,可以把文字的每个笔画用直线段来拟合,然后把这些直线段的起点和终点作为示教点。利用西门子S7-200PLC的计数器记录编码器在示教点的数据,完成文字书写的示教;再现时,调取PLC记录的示教点的数据,通过PLC控制两极坐标轴电机的输入脉冲,使用在极坐标下的直线轨迹插补程序完成文字书写的再现。该双极坐标并联机械臂结构简单、工作空间敞开性好、控制方便、造价低。

基于虚拟输出阻抗分析的并联三相四桥臂逆变器环流抑制

三相四桥臂(3P4L)逆变器在三相三桥臂逆变器的基础上引入第四桥臂,使得三相能够解耦控制并具备带不对称负载能力。多个逆变单元共输入、输出方式并联,能够实现功率扩容,但同时也带来并联单元之间的环流问题。而3P4L由于其独特的拓扑结构,其并联控制策略较单相或三相三桥臂逆变器并联更为复杂。在基于双闭环平均电流均流控制的并联3P4L逆变器控制策略基础上,建立并联系统的小信号模型,并由此获得并联桥臂的虚拟输出阻抗模型。分析控制环路以及主电路参数与虚拟输出阻抗的关系,根据分析结果指导环路与主功率器件的参数设计,达到抑制并联桥臂环流、提高并联单元均流性能的目的,最后提出基于虚拟输出阻抗分析法的并联环流抑制方法,通过仿真和实验验证了该方法的正确性。

采用混合算法优化的并联机械臂能量消耗与误差仿真研究

针对并联机械臂存在能量消耗严重、运动轨迹跟踪精度较低等问题,采用了混合算法优化并联机械臂运动机构,并对优化结果进行仿真验证.建立并联机械臂运动机构简图模型,推导齐次变换矩阵运动方程式,给出并联机械臂8种运动模式.确定并联机械臂运动的设计变量,构造能量消耗优化目标函数,在约束条件下,采用混合算法优化目标函数.用PID控制方法,在运动模式1状态下,通过Matlab软件将优化结果进行仿真验证.同时,与优化前的仿真结果进行对比和分析.仿真结果表明,优化后主动连杆消耗的能量较少,被动连杆运动轨迹跟踪所产生的误差较小.并联机械臂采用混合算法优化后,能够减少并联机械臂运动机构能量消耗,提高运动轨迹的追踪精度.

一种新型的四桥臂并联有源电力滤波器的复合开关控制策略

为解决四桥臂并联有源电力滤波器(active power filter,APF)现有的空间矢量控制(space vector modulation,SVM)算法计算复杂、延时较大的问题,首先提出一种改进的空间矢量控制方法,详细说明该方法的原理和具体实现,通过仿真计算验证了该方法的正确性和有效性。同时,为使得四桥臂并联APF具有控制精度高和响应速度快的性能,将所提出的改进空间矢量控制和电流滞环控制进行了有效结合,提出一种兼具两种控制方法各自优点的复合控制策略。给出该策略的实现和参数计算方法,通过仿真计算和物理实验验证了所提方法的正确性和有效性。所得方法计算简单,易于硬件实现,对于提高四桥臂并联APF的补偿效果具有一定的应用价值。

不平衡工况下并联高频链矩阵式三相四桥臂逆变器分序控制

为了改善并联系统在不平衡工况下出现的输出电压不平衡、功率不均分的问题,提出了一种针对三相四桥臂逆变器的分序控制方法;同时,为了削弱三相四桥臂这种带中线的系统固有的共模电压干扰问题,采用了高频链矩阵式三相四桥臂的拓扑结构。由于系统中的零序分量全部流经第四桥臂,故可将第四桥臂与前三桥臂分开进行独立控制;为了实现并联系统各逆变器的容量匹配,提出在前三桥臂上采用两相静止坐标系下无耦合的虚拟阻抗相匹配的下垂控制,而第四桥臂采用独立虚拟电阻控制的方案。与传统方案相比,该方案优化了虚拟阻抗设计结构的同时解除了各坐标轴间的耦合,方便了闭环控制器的设计,同时还能在一定程度上滤除电流噪声,提高输出电压质量。最终可在实现不平衡工况下并联高频链矩阵式三相四桥臂逆变器系统输出电压平衡的同时按容量分配负载消耗的功率。仿真和实验验证了该方法的可行性和正确性。

不平衡工况下基于虚拟阻抗法的并联三相四桥臂逆变器的桥臂控制

不平衡工况下,三相四桥臂逆变器并联系统不仅可以输出平衡的三相电压波形,而且还可以拓展系统的容量。与传统的三桥臂逆变器并联系统相比,三相四桥臂逆变器并联系统需要对正序、负序和零序电流进行控制,因此三相四桥臂逆变器的并联控制系统更为复杂。该文对三相四桥臂逆变器并联运行时,各序电流的分配进行了分析。为了使逆变器输出的正序、负序和零序电流能够按并联逆变器的容量分配,提出了正序电流使用下垂控制、负序电流与第四桥臂电流使用虚拟阻抗法分别控制正序、负序和零序电流的分配,并且对三相四桥臂逆变器的前三桥臂与第四桥臂分别进行控制,最终在不平衡工况下使并联三相四桥臂逆变器系统输出电压平衡且输出电流和输出功率按并联逆变器的容量分配,减小系统的环流。仿真和实验验证了该方法的有效性。

新型四自由度并联机械臂及其位置分析

提出了一种新型四自由度并联机械臂,介绍了这种机械臂的结构布局。基于其结构几何关系,推导了这种机械臂的位置正、反解方程,在满足其结构约束条件的情况下,绘制了其定姿态工作空间轮廓图,为这种机械臂的实用化提供理论基础。这种机械臂具有结构简单、承载能力强、惯性小和工艺性好等优点,可广泛应用于现代工业领域。

考虑热应变的柔性并联空间机械臂动力学

研究考虑热应变的柔性并联空间机械臂动力学性态。用Jourdain速度变分原理建立各机械臂的动力学变分方程,在此基础上根据各物体之间的运动学约束关系,建立柔性多体系统的微分代数混合动力学方程。数值仿真结果表明,当温度升高时,机械臂的轴向约束力和中心刚体的质心运动速度均出现显著振荡,而适当减小温度变化率,可以有效地控制振幅。

一种并联二自由度机械臂的控制算法研究

介绍一种在笛卡尔坐标系下并联机械臂的控制算法。该算法采用逐点比较的方法、转动两并联机械臂角度的方式来拟合所需要的轨迹,并给出了算法的程序流程图。同时可根据此算法可计算机械臂的可达区域。该算法简单,易于实现,同时可直接用MATLAB软件进行仿真。

关节间隙影响下Delta并联机械臂精度提升方法研究

关节间隙会影响平面机械手的精度和动态性能,并会缩短关节部件的使用寿命。该文针对如何降低关节间隙对机械手的精度影响,进行探讨。对Delta平行五连杆机械臂进行建模,得到存在关节间隙的机械臂的运动方程式,从而进行动态轨迹计算,并规划出误差较小的路径。使用机械臂校正设备,对机械臂的DH参数进行校正。两方面结合,有效提高Delta并联机械臂的运行精度。

重载浇注机器人并联工作臂设计分析与实现

针对铸造生产中广泛使用的串联式机器人在浇注作业中存在负载小、柔性度低和作业精度低等问题,提出一种新型的混联式重载浇注机器人;设计了一种基于2UPR-2RPU机构的3自由度并联工作臂,进行拓扑结构分析和自由度计算;通过建立并联工作臂运动学模型和静力学模型,分析机构支链长度随浇包转角的变化规律;分析支链受力状况、行程大小随支链在静平台上安装位置变动的关系,对并联工作臂的结构与参数进行优化设计。针对300 kg级浇包,优选出一组综合性能较好的结构参数,经过样机试制及测试,结果表明,并联工作臂的设计方案和结构参数较为合理。