發(fā)布時間：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)機構(gòu)作為3D打印的執(zhí)行機構(gòu),該機構(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,可實現(xiàn)空間的三維移動,串聯(lián)模塊RRo用于調(diào)整打印頭姿態(tài),改善3D打印過程中的臺階現(xiàn)象、干涉問題�；诩s束螺旋理論,分析了3CP_aRRRRo機構(gòu)自由度,并通過ADAMS建模對其進(jìn)行了驗證。然后運用D-H法求得混聯(lián)機構(gòu)的運動學(xué)方程,對機構(gòu)的位姿正解表達(dá)式求導(dǎo),得到了機構(gòu)的雅可比矩陣和末端速度方程,分析了機構(gòu)在工作空間內(nèi)的奇異性問題,通過對模型運動仿真,繪制出了機構(gòu)末端輸出速度曲線,驗證了上述分析的正確性。
【圖文】：

ａＲＲ＆ＲＲｏ混聯(lián)機構(gòu)，其中Ｃ為圓柱副、Ｐａ為平行四邊形鉸鏈、Ｒ為轉(zhuǎn)動副、ＲＲｏ為兩個轉(zhuǎn)動副軸線交于公共點，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，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，可單獨作為單向３Ｄ打印設(shè)備的執(zhí)行機構(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打印過程中的臺階現(xiàn)象、干涉問題。多向３Ｄ打印機構(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將動平臺和支架相連，每條分支都具有５個自由度，３條支鏈中與定平臺連接的３個圓柱副，其軸線相互垂直，３Ｄ打印頭通過兩個交于一點的轉(zhuǎn)動副和動平臺連接。圖１多向３Ｄ打印機構(gòu)ＣＡＤ模型Ｆｉｇ．１ＡＣＡＤｍｏｄｅｌｏｆｍｅｃｈａｎｉｓｍｆｏｒｍｕｌｔｉ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇ如圖２所示，將每個支鏈的每個運動副進(jìn)行編號，可以表示成第ｉ條支鏈的第ｊ個運動副，串聯(lián)模塊的轉(zhuǎn)動副為Ｒ４、Ｒ５。３條支鏈中圓柱副為Ｃｉ１、平行四邊形鉸鏈為Ｐａｉ２、轉(zhuǎn)動副Ｒｉ３的軸線互相平行，２個轉(zhuǎn)動副Ｒｉ４、Ｒｉ３的軸線垂直，與動平臺連接的轉(zhuǎn)動副Ｒｉ４軸線相互垂直（ｉ＝１，，２，３），３條支鏈的第一個圓柱副Ｃｉ１正交放置。按照圖２所示，將定坐標(biāo)系ＯＸＹＺ設(shè)在定平臺３個相互垂直的軸上，軸心為Ｏ，以第１條支鏈為例，則Ｃ１１平行于Ｙ軸，Ｐａ１２中４

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

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本文編號：2534184