对3-CUR解耦并联机构求得了机构的正反解表达式,其简单且解耦的表达形式简化了控制过程;利用速度雅克比矩阵的奇异性得到了连续的打印空间,满足了3D打印机的要求;速度、加速度的分析为动力学的研究做好了准备;利用机构的输入输出微分关系,建立了机构输入输出的误差模型,分析了机构的定位精度,基于正解误差模型给出了改善定位精度的误差补偿模型,并进行了可行性分析;通过灵巧度优化了驱动角,使得3D打印机本体机构具有了优良的运动精度;借助机构的约束方程绘制了机构结构参数的性能图谱,为机构尺寸优化及样机设计提供了尺寸参照;针对解耦机构提出3-CUR机构的优化方法,并基于遗传算法和尺寸性能图谱得到了打印空间最大时的执行机构杆件尺寸。
3D打印机是一种高精密的机器,其工作过程中应运行平稳、定位准确,以保证打印平面的平整性及各层之间的粘结紧密性。因此通过对3D打印机的机械本体进行力学性能分析来指导样机的设计是十分必要的。并联机构静力学分析是通过对机构的各杆件进行力学建模,求解并联机构中驱动力、各杆件受力与外载荷间的关系;并联机构刚度是指机构抵抗外载荷的能力。通过静力学和刚度分析均可以为3-CUR机构的设计提供理论依据,保证3-CUR机构以良好的力学性能应用于3D打印机。
动力学分析的目的在于对并联机器人进行高精度的控制,而建立机构的动力学方程是进行动力学控制的首要条件。动力学研究结果可以直接作为控制算法的数学模型,为机构动力学的最优设计提供理论依据。而且逆动力学问题是并联机构动力特性分析、整机动态设计、控制器参数整定的理论基础。
随着科技迅猛的发展,产品已经对机械提出了更高的速度和精度的要求,动力学性能直接影响了机器的动态性能好坏,所以在样机加工以前对并联机器人进行动力学建模和仿真是检验机器动力学性能的有效手段。3D打印机作为一种高精密机器,加工前对其执行机构进行动力学分析是非常必要的。
目前动力学建模方法有拉格朗日法、牛顿-欧拉法、凯恩法等等。牛顿-欧拉方法建立动力学模型虽然推导过程复杂,但概念清晰,模型中冗余信息少、计算速度快,且很容易求解机构驱动力、重力以及外负载等主动力还可以求取机构的约束力,并且具有清晰的物理意义,简便易于理解。
3-CUR并联机构力学模型的建立,求出机构的静力学全解,利用MATLAB软件绘制各杆件在给定工况下的受力图;对3-CUR机构进行刚度分析,建立外载荷与动平台变形的关系;采用牛顿-欧拉方法建立各杆件的动力学模型,联立求解3-CUR并联机构机构的驱动力矩,运用Adams软件对机构进行仿真以验证动力学模型的正确性。
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