本文關(guān)鍵詞：基于解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)的3D打印機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究

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【摘要】：作為快速成形領(lǐng)域的一種新興技術(shù),3D打印技術(shù)綜合了計算機(jī)技術(shù)、精密機(jī)械、材料科學(xué)等多種先進(jìn)技術(shù),使產(chǎn)品大大縮短了加工周期,已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、汽車、航空航天等領(lǐng)域。然而目前3D打印設(shè)備普遍采用串聯(lián)機(jī)構(gòu)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu),因而存在打印精度差、速度低等問題,給3D打印機(jī)的推廣帶來了一定的困難。3D打印機(jī)的主體為執(zhí)行機(jī)構(gòu),因此執(zhí)行機(jī)構(gòu)是影響3D打印質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。為此,本文以3D打印機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為出發(fā)點來展開研究,旨在改善現(xiàn)有3D打印設(shè)備在本體結(jié)構(gòu)上存在的問題。通過對FDM工藝3D打印機(jī)工作機(jī)理的分析,闡述3D打印機(jī)的運動原理,從結(jié)構(gòu)和功能上指出現(xiàn)有3D打印機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的不足之處,總結(jié)影響3D打印精度和速度的因素,提出解耦并聯(lián)3D打印機(jī)器人的設(shè)計方法。對比耦合與解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點,選取3-CUR解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為3D打印機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動學(xué)分析,得到機(jī)構(gòu)輸入與輸出之間的映射關(guān)系,應(yīng)用機(jī)構(gòu)的輸入輸出微分關(guān)系,建立機(jī)構(gòu)輸入輸出的誤差模型,分析機(jī)構(gòu)的定位精度。以靈巧度為指標(biāo)優(yōu)化機(jī)構(gòu)的運動精度,以打印空間為目標(biāo),基于機(jī)構(gòu)參數(shù)性能圖譜和遺傳算法優(yōu)化機(jī)構(gòu)參數(shù)。采用牛頓歐拉方法建立機(jī)構(gòu)的動力學(xué)模型,基于給定軌跡利用Adams軟件對動力學(xué)模型進(jìn)行驗證。在不考慮構(gòu)件質(zhì)量的情況下,動力學(xué)模型轉(zhuǎn)化為靜力學(xué)模型,利用maple軟件得到機(jī)構(gòu)的靜力全解,利用MATLAB軟件繪制機(jī)構(gòu)各支鏈約束力、力矩在給定工況下的變化曲線,分析機(jī)構(gòu)的受力特性。采用虛設(shè)轉(zhuǎn)動副法,建立動平臺變形與六維外載荷的映射關(guān)系�；诶碚摲治�,對各個桿件進(jìn)行設(shè)計,利用有限元分析軟件驗證虛擬樣機(jī)的剛度特性,最后進(jìn)行樣機(jī)制造,并分析了其控制原理。
【關(guān)鍵詞】：3D打印 解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu) 尺寸優(yōu)化 動力學(xué) 樣機(jī)設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP334.8
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-20
• 1.1 課題來源及研究背景11-12
• 1.1.1 課題來源11
• 1.1.2 研究背景11-12
• 1.2 3D打印技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 國外情況12-14
• 1.2.2 國內(nèi)情況14-15
• 1.2.3 國內(nèi)外 3D打印未來發(fā)展前景15-16
• 1.3 我國 3D打印機(jī)面臨的問題及解決方向16-18
• 1.4 研究目的和意義18-19
• 1.5 論文的主要研究內(nèi)容19-20
• 第2章 3D打印機(jī)工作機(jī)理分析及機(jī)構(gòu)設(shè)計方案20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 3D打印技術(shù)簡介20-24
• 2.2.1 3D打印技術(shù)概念20
• 2.2.2 相對于傳統(tǒng)技術(shù)的區(qū)別和優(yōu)勢20-21
• 2.2.3 3D打印機(jī)的分類21
• 2.2.4 3D打印累積技術(shù)原理21-23
• 2.2.5 打印耗材23-24
• 2.3 基于FDM工藝的 3D打印機(jī)工作機(jī)理24-28
• 2.3.1 打印機(jī)的運動特性分析24-25
• 2.3.2 3D打印機(jī)分類及結(jié)構(gòu)組成25-27
• 2.3.3 打印精度和打印速度分析27-28
• 2.4 3D打印機(jī)設(shè)計方案28-30
• 2.4.1 確定設(shè)計任務(wù)28
• 2.4.2 設(shè)計原則28-29
• 2.4.3 設(shè)計指標(biāo)29
• 2.4.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)技術(shù)設(shè)計29-30
• 2.5 本體機(jī)構(gòu)的選擇30-31
• 2.6 本章小結(jié)31-32
• 第3章 3-CUR機(jī)構(gòu)的定位精度分析與尺寸優(yōu)化32-54
• 3.1 引言32
• 3.2 解耦并聯(lián) 3-CUR機(jī)構(gòu)運動學(xué)分析32-40
• 3.2.1 機(jī)構(gòu)組成32-33
• 3.2.2 機(jī)構(gòu)位置正反解33-34
• 3.2.3 打印空間連續(xù)性分析34-35
• 3.2.4 速度和加速度分析35-40
• 3.3 3-CUR并聯(lián)機(jī)構(gòu)的定位精度分析40-43
• 3.3.1 并聯(lián)機(jī)器人位置誤差建模40-41
• 3.3.2 3-CUR并聯(lián)機(jī)器人精度分析41
• 3.3.3 誤差補(bǔ)償方法41-42
• 3.3.4 誤差模型可行性分析42-43
• 3.4 3-CUR機(jī)構(gòu)運動精度分析43-47
• 3.4.1 運動精度的評價指標(biāo)43
• 3.4.2 驅(qū)動角范圍的選取43-47
• 3.5 3-CUR機(jī)構(gòu)尺寸性能圖譜的繪制47-50
• 3.5.1 3-CUR機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)學(xué)模型建立47-49
• 3.5.2 繪制結(jié)構(gòu)參數(shù)的性能圖譜49-50
• 3.6 基于遺傳算法的機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化50-53
• 3.6.1 優(yōu)化思路50-51
• 3.6.2 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化過程51-52
• 3.6.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化結(jié)果與驗證52-53
• 3.7 本章小結(jié)53-54
• 第4章 3-CUR機(jī)構(gòu)靜力學(xué)特性研究和動力學(xué)分析54-74
• 4.1 引言54
• 4.2 并聯(lián)機(jī)構(gòu)力學(xué)模型的建立54-63
• 4.2.1 動平臺力學(xué)平衡方程的建立55-56
• 4.2.2 長連桿力學(xué)平衡方程的建立56-59
• 4.2.3 驅(qū)動桿力學(xué)平衡方程的建立59-63
• 4.2.4 機(jī)構(gòu)各桿件轉(zhuǎn)動慣量的求解63
• 4.3 動力學(xué)分析63-66
• 4.3.1 機(jī)構(gòu)動力學(xué)模型求解63-64
• 4.3.2 基于Adams軟件的動力學(xué)模型驗證64-65
• 4.3.3 驅(qū)動力矩分析65-66
• 4.4 靜力學(xué)特性分析66-70
• 4.4.1 靜力學(xué)求解66
• 4.4.2 基于工況下的機(jī)構(gòu)受力特性分析66-70
• 4.5 剛度分析70-72
• 4.6 本章小結(jié)72-74
• 第5章 3D打印機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造74-85
• 5.1 引言74
• 5.2 樣機(jī)設(shè)計74-80
• 5.2.1 桿件截面尺寸計算75-76
• 5.2.2 圓柱副的設(shè)計76
• 5.2.3 驅(qū)動桿的設(shè)計76-77
• 5.2.4 長連桿的設(shè)計77-78
• 5.2.5 軸座的設(shè)計78-79
• 5.2.6 動平臺的設(shè)計79-80
• 5.3 樣機(jī)制造80-82
• 5.3.1 虛擬樣機(jī)剛度校核80-82
• 5.3.2 樣機(jī)制造82
• 5.4 樣機(jī)控制原理82-83
• 5.5 運動功能實驗驗證83
• 5.6 本章小結(jié)83-85
• 結(jié)論85-87
• 參考文獻(xiàn)87-91
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)及主要成果91-92
• 致謝92

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