双输出3D打印解耦并联机器人的设计与分析.pdf

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1、第53卷第7期机械工程学报Vol.53No.72017年4月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGApr.2017DOI：10.3901/JME.2017.07.039*双输出3D打印解耦并联机器人的设计与分析常定勇方跃法叶伟(北京交通大学机器人研究中心北京100044)摘要：提出一种新型1PRRR/3PRRRR四自由度3T1R并联机构。基于这种并联机构，设计一种具有两个输出的3D打印并联机器人。该机器人机构对称布置的运动支链共用驱动，具有两个运动完全一致的末端执行器。分析这种新型

2、并联机构的自由度，运动学反解，雅可比矩阵，耦合性及奇异性，有利于优化选择3D打印机器人机构的结构参数。最后对3D打印机器人机构进行运动学仿真试验。结果表明，该机构动平台具有较大的转动角度，3D打印机器人能够在倾斜角较大的平面上打印，为进一步实现设计的3D打印机器人的控制提供依据。关键词：3D打印机器人；并联机构；雅可比矩阵；大转角中图分类号：TH112DesignandAnalysisofaDoubleOutput3DPrintingDecouplingParallelManipulatorCHANGD

3、ingyongFANGYuefaYEWei(ResearchCenterofRobot,BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044)Abstract：Anewtypeof1PRRR/3PRRRR3T1Rparallelmechanismwithfourdegrees-of-freedomisproposed,andadoubleoutput3Dprintingrobotisdesignedbasedonthisparallelmechanism.Therobotmec

4、hanism,whichhastwoendeffectorswithacompletelycommonmotion,hassymmetricallyarrangedlegsthatsharedacommonactuator.Analyzingthedegrees-of-freedom,inversekinematics,Jacobianmatrix,couplingandsingularityofthisnewparallelmechanismhaveagreatcontributiontoselect

5、theoptimalparametersofthis3Dprintingrobotmechanism.Finally,thekinematicssimulationexperimentofthe3Dprintingrobotmodeliscarriedout.Theresultsshowthatthemovingplatformoftheproposedmechanismhaslargerotationalangles,andthe3Dprintingrobothastheabilitytoprinto

6、ntheplanewithlargeangles,whichprovidesfoundationforcontrollingthedesigned3Dprintingrobot.Keywords：3Dprintingrobot；parallelmanipulator；Jacobianmatrix；largerotationalangles印刷技术(Stereolithography,SLA)，选择性激光烧结10前言技术(Selectivelasersintering,SLS)，熔融层积成型技[5-6]术

7、(Fuseddepositionmodeling,FDM)等。1995年3D打印技术通过计算机辅助设计建立实体模美国Z-Corp公司从麻省理工大学获得3D打印专利型，转化为标准模板库文件，将三维模型文件导入授权，研制了用液体黏结剂打印模型的3D打印机。分层软件，分割成固定高度的层层截面，并生成命近几年来，Z-Corp公司生产出了彩色材料3D打印[1-2][7-8]令代码，控制机器运动，实现逐层打印产生实体。机SpectrumZ510。Fab@Home实验室研制出具[9]3D打印技术在汽车，航空，医疗等领

8、域得到广泛应有两个打印头的3D打印机器人Model2。从[3-5]用。Z-Corp到RepRap，从MakerBot到Printbot，这些随着3D打印技术的发展，打印材料和设备不3D打印机系列运用的都是串联机构。国内研究者运断创新，成型速度和精度不断提高。根据打印材料、用Delta并联机构制作3D打印机器人，这种并联机设备和成型方式的不同，3D打印技术分为立体平板构3D打印机器人价格便宜，体积小，适合家庭办公。最近，美国Carbon3D公