發(fā)布時(shí)間：2019-09-10 19:20

【摘要】：為解決多向3D打印裝備瓶頸問題,提出一種完全解耦五自由度混聯(lián)機(jī)構(gòu)作為3D打印的執(zhí)行機(jī)構(gòu),該機(jī)構(gòu)由并聯(lián)模塊3-CP_aRR和串聯(lián)模塊RRo組成,其中并聯(lián)模塊由3條相同CP_aRR支鏈構(gòu)成,可實(shí)現(xiàn)空間的三維移動(dòng),串聯(lián)模塊RRo用于調(diào)整打印頭姿態(tài),改善3D打印過程中的臺(tái)階現(xiàn)象、干涉問題�；诩s束螺旋理論,分析了3CP_aRRRRo機(jī)構(gòu)自由度,并通過ADAMS建模對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。然后運(yùn)用D-H法求得混聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,對(duì)機(jī)構(gòu)的位姿正解表達(dá)式求導(dǎo),得到了機(jī)構(gòu)的雅可比矩陣和末端速度方程,分析了機(jī)構(gòu)在工作空間內(nèi)的奇異性問題,通過對(duì)模型運(yùn)動(dòng)仿真,繪制出了機(jī)構(gòu)末端輸出速度曲線,驗(yàn)證了上述分析的正確性。
【圖文】：

ａＲＲ＆ＲＲｏ混聯(lián)機(jī)構(gòu)，其中Ｃ為圓柱副、Ｐａ為平行四邊形鉸鏈、Ｒ為轉(zhuǎn)動(dòng)副、ＲＲｏ為兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線交于公共點(diǎn)，它由并聯(lián)模塊３－ＣＰａＲＲ和串聯(lián)模塊ＲＲｏ構(gòu)成，并聯(lián)模塊３－ＣＰａＲＲ能夠?qū)崿F(xiàn)空間的三維移動(dòng)，主要用以保證３Ｄ打印設(shè)備具有良好的剛性、較快的打印速度，可單獨(dú)作為單向３Ｄ打印設(shè)備的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，串聯(lián)模塊ＲＲｏ用于打印過程中調(diào)整打印頭姿態(tài)，改善３Ｄ打印過程中的臺(tái)階現(xiàn)象、干涉問題。多向３Ｄ打印機(jī)構(gòu)ＣＡＤ模型如圖１所示。并聯(lián)模塊３－ＣＰａＲＲ由３條完全相同支鏈ＣＰａＲＲ將動(dòng)平臺(tái)和支架相連，每條分支都具有５個(gè)自由度，３條支鏈中與定平臺(tái)連接的３個(gè)圓柱副，其軸線相互垂直，３Ｄ打印頭通過兩個(gè)交于一點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)副和動(dòng)平臺(tái)連接。圖１多向３Ｄ打印機(jī)構(gòu)ＣＡＤ模型Ｆｉｇ．１ＡＣＡＤｍｏｄｅｌｏｆｍｅｃｈａｎｉｓｍｆｏｒｍｕｌｔｉ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇ如圖２所示，將每個(gè)支鏈的每個(gè)運(yùn)動(dòng)副進(jìn)行編號(hào)，可以表示成第ｉ條支鏈的第ｊ個(gè)運(yùn)動(dòng)副，串聯(lián)模塊的轉(zhuǎn)動(dòng)副為Ｒ４、Ｒ５。３條支鏈中圓柱副為Ｃｉ１、平行四邊形鉸鏈為Ｐａｉ２、轉(zhuǎn)動(dòng)副Ｒｉ３的軸線互相平行，２個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副Ｒｉ４、Ｒｉ３的軸線垂直，與動(dòng)平臺(tái)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副Ｒｉ４軸線相互垂直（ｉ＝１，，２，３），３條支鏈的第一個(gè)圓柱副Ｃｉ１正交放置。按照?qǐng)D２所示，將定坐標(biāo)系ＯＸＹＺ設(shè)在定平臺(tái)３個(gè)相互垂直的軸上，軸心為Ｏ，以第１條支鏈為例，則Ｃ１１平行于Ｙ軸，Ｐａ１２中４

，與動(dòng)平臺(tái)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副Ｒｉ４軸線相互垂直（ｉ＝１，２，３），３條支鏈的第一個(gè)圓柱副Ｃｉ１正交放置。按照?qǐng)D２所示，將定坐標(biāo)系ＯＸＹＺ設(shè)在定平臺(tái)３個(gè)相互垂直的軸上，軸心為Ｏ，以第１條支鏈為例，則Ｃ１１平行于Ｙ軸，Ｐａ１２中４個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線平行于Ｙ軸，Ｒ１３平行于Ｙ軸。Ｒ１４平行于動(dòng)平面與轉(zhuǎn)動(dòng)副Ｒ１３垂直。串聯(lián)模塊的轉(zhuǎn)動(dòng)副Ｒ４軸線平行于Ｙ軸，轉(zhuǎn)動(dòng)副Ｒ４、Ｒ５軸線垂直并且兩個(gè)軸線交于一點(diǎn)。圖２３ＣＰａＲＲ＆ＲＲｏ混聯(lián)機(jī)構(gòu)Ｆｉｇ．２Ａ３ＣＰａＲＲ＆ＲＲｏｈｙｂｒｉｄｍｅｃｈａｎｉｓｍ２混聯(lián)機(jī)構(gòu)的約束分析２．１混聯(lián)機(jī)構(gòu)３ＣＰａＲＲ＆ＲＲｏ的自由度分析運(yùn)用修正的Ｇｒüｂｌｅｒ－Ｋｕｔｚｂａｃｈ通用自由度計(jì)算公式［１３］：Ｍ＝ｄ（ｎ－ｇ－１）＋∑ｇｉ＝１ｆｉ＋μ－ζ＝６×（１９－２３－１）＋２６＋９＝５（１）式中，Ｍ為機(jī)構(gòu)的自由度；ｄ為機(jī)構(gòu)的階數(shù)；ｎ為包括機(jī)架的構(gòu)件數(shù)目；ｇ為運(yùn)動(dòng)副的數(shù)；ｆｉ為第ｉ個(gè)運(yùn)動(dòng)副的自由度；μ為過約束數(shù)；ζ為局部自由度。將３ＣＰａＲＲ＆ＲＲｏ混聯(lián)機(jī)構(gòu)導(dǎo)入到ＡＤＡＭＳ中的ＭｏｄｅｌＶｅｒｉｆｙ模塊驗(yàn)證上述機(jī)構(gòu)自由度，經(jīng)驗(yàn)證機(jī)構(gòu)自由度數(shù)為５。對(duì)于混聯(lián)機(jī)構(gòu)中的并聯(lián)模塊，如圖２所示＄ｉｊ為第ｉ條支鏈的第ｊ個(gè)運(yùn)動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)螺旋。３ＣＰａＲＲ并聯(lián)機(jī)構(gòu)中的Ｐａ平行四邊形鉸鏈可用一個(gè)等效廣義移動(dòng)副替代，則支鏈可認(rèn)為由４個(gè)運(yùn)動(dòng)副ＣＰＲＲ組成。并聯(lián)機(jī)構(gòu)的等效支鏈
【作者單位】： 江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院;江南大學(xué)江蘇省食品先進(jìn)制造裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50905075) 江蘇省六大人才高峰項(xiàng)目(ZBZZ-012) 機(jī)械系統(tǒng)與振動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題資助項(xiàng)目(MSV201407)
【分類號(hào)】：TH112

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本文編號(hào)：2534184