一种三自由度并联机构3D打印机工作空间分析及优化

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1、分类号：密级：KUDC：编号：201331204036M河北工业大学硕士学位论文一种三自由度并联机构3D打印机工作空间分析及优化论文作者：王奎学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：机械工程指导教师：张建军职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalManufactureandAutomationWORKSPACEANALYSISANDOPTIMIZATIONOF3DPRINTERO

2、FTHREEDEGREESOFFREEDOMPARALLELMECHANISMbyWangKuiSupervisor:Prof.ZhangJianjunMay2016摘要3D打印机是一种新型的生产方式，不同于传统的去除材料的生产方式，而是采用添加材料，逐层叠加最后得出产品，可以大大减少材料的浪费节约成本，目前3D打印机已经得到全世界的重视，其中并联机构3D打印机因具有结构简单、打印精度高、价格便宜等优点，而能得到广泛应用。工作空间的大小又是决定打印机性价比的一项重要指标。因此，对并联机构打印机的工作空间进行优化具有

3、重要的意义。本文对三自由度并联机构3D打印机进行研究（结构分析和工作空间优化），并搭建了实验平台，使其能够在满足约束条件的前提下，通过仿真分析，得到机构参数的最优解，从而提高其工作空间的各向同性度。本文的主要内容如下：第一部分首先阐述了论文的研究背景，其次介绍了3D打印机的发展现状、并联机构3D打印机对比串联机构3D打印机的优势、并联机器人的发展现状及并联机构工作空间的研究现状，最后指出本文的研究意义与主要研究内容。第二部分首先对机构位置分析进行了简单的描述，求解出机构的位置反解方程，带入数值进行计算与求得的位置正

4、解相互验证，最后进行了速度分析，为后续的工作提供了理论基础。第三部分根据机构特点分析机构工作空间的限制条件，利用仿真软件MATLAB求解出机构的工作空间，提出一种新的工作空间评价指标“工作空间各向同性度”，基于该指标对机构各参数进行优化，与优化前的工作空间对比，证明优化工作具有重要意义。第四部分设计搭建了并联机构的3D打印机，包括对机械部分和控制部分以及电机等传感器与控制板之间的连接，3D打印机的打印流程等，并通过实验证明优化结果是正确的。关键词：3D打印机并联机器人工作空间优化MATLAB仿真分析IABSTRAC

5、T3Dprinterisanewmodeofproduction,whichisdifferentfromthetraditionalmethodofcuttingmaterial.Itisusingthemethodofaddingmaterial,theproductisobtainedbylayerbylayerstacking.Itcangreatlyreducethematerialwaste.Atpresent,the3Dprinterhavereceivedattentionfromalloverth

6、eworld,amongparallelmechanism3Dprinterhasbeenwidelyusedbecauseofitssimplestructure,highprecision,lowcostandsoon.Thesizeoftheworkspacesisanimportantindexoftheprintercandetermineitscostperformance.Therefore,itisveryimportanttooptimizetheworkingspaceofparallelmec

7、hanismprinter.Researchonaparallelmechanism3Dprinter(structuralanalysisandworkspaceoptimization),andbuildtheexperimentalplatform,whichcanmeettheconstraintsofthepremise,throughsimulationanalysis,togettheoptimalsolutionsofthemechanismparameters,forimprovingthewor

8、kingspaceoftheisotropicdegree.Themaincontentsofthispaperareasfollows:Inthefirstpart,theresearchbackgroundofthisthesisisintroduced,thedevelopmentstatusof3Dprinter,parallelmechanism3