亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        陶瓷3D打印機結(jié)構(gòu)設(shè)計與運動學(xué)分析

        2018-03-05 11:00:10丁承君朱智輝
        關(guān)鍵詞:運動學(xué)打印機并聯(lián)

        丁承君,吳 畏,朱智輝

        (河北工業(yè)大學(xué) 機械工程學(xué)院,天津 300401)

        目前,市面上陶瓷3D打印機的噴頭結(jié)構(gòu)基本上采用活塞式擠出結(jié)構(gòu).周婧等[1-2]對活塞式擠出系統(tǒng)進行仿真分析與研究,利用流體分析軟件對擠出頭出口截面的流速和內(nèi)部壓力場進行數(shù)值模擬,對擠出頭內(nèi)部流道的幾何形狀進行設(shè)計,找出了4種不同內(nèi)部流道的壓力場和出口流速分布規(guī)律,但是該結(jié)構(gòu)形式不能夠滿足打印過程持續(xù)進料的剛性需求.張利敏[3]在并聯(lián)機構(gòu)剛體動力學(xué)模型基礎(chǔ)上,提出一種基于支鏈的動力學(xué)性能評價指標,該指標可以完整揭示機構(gòu)產(chǎn)生奇異位型的條件.梁香寧等[4]對Delta機構(gòu)進行分析,建立了基于動靜平臺之間的約束方程,分析了Delta機器人的工作空間,利用VC++和OPenGL開發(fā)了基于Windows平臺的機器人運動學(xué)可視化仿真軟件.趙杰等[5]運用空間幾何學(xué)及矢量代數(shù)的方法建立了三自由度并聯(lián)機器人的簡化運動學(xué)模型,求解運動學(xué)正解,回避了運動學(xué)多解取舍的問題,可直接獲得工作空間內(nèi)滿足運動學(xué)連續(xù)性的合理解.石志新等[6]應(yīng)用方位特征集方法,綜合了一批滿足功能要求的并聯(lián)機構(gòu),從中選取一種具有開發(fā)潛力的并聯(lián)機構(gòu),結(jié)合實例給出了優(yōu)選機構(gòu)的位置正逆解方程.為實現(xiàn)較高速、較平穩(wěn)的打印,本文設(shè)計一款采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)、可持續(xù)進料的打印機,對整機機體進行位置正逆解、速度及加速度分析,利用ADAMS軟件進行算例仿真分析,驗證數(shù)學(xué)模型的正確性,保證打印噴頭運動過程的平穩(wěn).

        1 陶瓷3D打印機結(jié)構(gòu)總述

        本陶瓷3D打印機機體采用Delta結(jié)構(gòu),如圖1所示.主動臂的驅(qū)動部分采用柔性帶和帶輪組成的兩級帶傳動,省去了傳動的減速器結(jié)構(gòu),減輕了整機重量,而且價格便宜,傳動平穩(wěn),有效減小了驅(qū)動過程中的振動.漿料由進料口通過氣壓壓入料筒,通過安裝在靜平臺上方的電機旋轉(zhuǎn)伸縮桿和與伸縮桿連接的螺桿的旋轉(zhuǎn)作用,將持續(xù)進入料筒的漿料不間斷地從噴頭內(nèi)擠出,從而實現(xiàn)持續(xù)供料、不間斷打印的目的[7].

        圖1 打印機整機結(jié)構(gòu)Fig.1 Printer machine structure

        2 打印機體位置反解

        2.1 位置反解

        由于中間伸縮桿不會影響噴頭的打印精度,在運動學(xué)分析時將其省去.打印機的3個主動臂與3個從動臂夠成3個支鏈,為方便研究,將其中1條主動臂和1條從動臂構(gòu)成的單支鏈結(jié)構(gòu)拆離出來分析,其示意圖如圖2所示[8-13].

        圖2 單支鏈結(jié)構(gòu)Fig.2 Single branched chain structure

        在靜平臺中心處建立靜坐標系O-XYZ,在動平臺中心處建立動坐標系O′-X′Y′Z′,一條主動臂與靜坐標系O-XYZ的X軸重合,Z軸垂直于靜平臺向上.其中:主動臂|AiBi|=L1;從動臂|BiCi|=L2;主動臂在靜坐標系中與 X 軸的夾角 αi(i=1,2,3)分別為 0°、120°、240°;主動臂的擺角為 θi(i=1,2,3);靜平臺外接圓的半徑為R;動平臺外接圓的半徑為r.

        在靜坐標系O-XYZ中有如下關(guān)系[14-16]:

        式中:Ai=Rcos αi+L1cos θicos αi(i=1,2,3);Bi=Rsin αi+L1cos θisinαi(i=1,2,3);Ci=-L1sin θi(i=1,2,3).

        OCi(i=1,2,3)在動坐標系O′-X′Y′Z′中可表示為:

        Ci(i=1,2,3)在靜坐標系O-XYZ中的坐標向量為:

        則從動臂BiCi(i=1,2,3)在靜坐標系O-XYZ中的坐標為:

        式中:Di=x+rcosαi-(Rcosαi+L1cos θicos αi)(i=1,2,3);Ei=y+r sin αi-(R sin αi+L1cos θisin αi)(i=1,2,3);Fi=z+L1sinθi(i=1,2,3).

        式中:Gi=x+rcosαi-(Rcosαi+L1cosθicosαi)(i=1,2,3);Hi=y+r sin αi-(Rsinαi+L1cosθisinαi)(i=1,2,3);Si=z+L1sinθi(i=1,2,3).

        將式(7)進行化簡得到:Iicos θi-Jisin θi-Ki=0

        式中:Ii=2L1[(x+rcosαi-R cos αi)cos αi+(y+rcosαi-R sinαi)sinαi];Ji=2L1z;Ki=(x+rcosαi-Rcosαi)2+(y+

        根據(jù)倍角公式和打印機的裝配關(guān)系,位置反解為:

        2.2 位置反解驗證

        本文選取的機體尺寸參數(shù)為:R=205 mm,r=40 mm,L1=140 mm,L2=510 mm.位置反解就是給定動平臺1個位置,求得3個驅(qū)動轉(zhuǎn)角的大小.現(xiàn)對動平臺中心施加螺旋曲線的驅(qū)動:

        將式(9)帶入反解方程(8),可求得 3個轉(zhuǎn)角角度(rad)與時間(s)的關(guān)系,仿真時間設(shè)置為20 s,其3個轉(zhuǎn)角隨時間變化的關(guān)系曲線如圖3所示.

        圖3 驅(qū)動角變化曲線Fig.3 Changing curve of driven angle

        由圖3可知,在運動過程中3個轉(zhuǎn)角曲線平順光滑,沒有突兀點,故位置逆解方程正確.3個驅(qū)動轉(zhuǎn)角能夠順暢地控制末端的軌跡,實現(xiàn)良好的打印效果,在打印過程中不會出現(xiàn)奇點,保證打印的精確性.

        3 打印機體位置正解

        3.1 位置正解方程

        位置正解就是已知輸入的3個驅(qū)動轉(zhuǎn)角的大小,求得動平臺中心的位置.該陶瓷打印機為典型的并聯(lián)機構(gòu),相對于串聯(lián)機構(gòu)而言,并聯(lián)機構(gòu)的位置逆解較容易而正解較難.目前,通常有2種方法求得并聯(lián)機構(gòu)的正解:一種是數(shù)值法,另一種是幾何法.幾何法需復(fù)雜的幾何數(shù)學(xué)推導(dǎo),正解不易求出,故采用數(shù)值法求解[17-18].

        式中:

        式(10)為1個含有3個未知數(shù)、3個方程的非線性方程組,使用Matlab采用最小二乘法,輸入3個主動臂的轉(zhuǎn)角值,即可求得動平臺中心的位置.

        3.2 位置正解驗證

        首先,設(shè)定末端的運動軌跡為如式(9)所示的螺旋曲線,按照已經(jīng)驗證的位置逆解方程求得3個驅(qū)動轉(zhuǎn)角θi(i=1,2,3)與t時間的關(guān)系,將該關(guān)系式帶入正解方程(10),仿真時間設(shè)置為20 s,求得在位置正解方程下的末端位置x、y、z與時間t的曲線.若同樣為該螺旋線的話,位置正解即驗證正確.利用ADAMS軟件的ADAMS/Processor中的曲線處理工具得到末端位置位移(mm)與時間(s)的曲線,如圖4所示.

        圖4 末端運動狀態(tài)Fig.4 State of terminal motion

        由圖4可知,動平臺中心處X、Y、Z 3個方向的位移曲線均光順沒有突兀點,Z軸方向為豎直,其軌跡線為螺旋曲線,符合方程(9),故位置正解得到驗證.

        4 速度、加速度分析

        4.1 速度求解

        對于 n 自由度機器人,關(guān)節(jié)變量 q=[q1,q2,…,qn]T,當關(guān)節(jié)變量為轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)時,qi=θi;當關(guān)節(jié)變量為移動關(guān)節(jié)時,qi=di;由Xn=Xn(q)可得:

        式中:J(q)為(6× n)的偏導(dǎo)數(shù)矩陣,稱為 n自由度機器人速度雅克比矩陣.

        在該打印機結(jié)構(gòu)中,關(guān)節(jié)變量為轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié),將式(11)對時間求導(dǎo)得:

        同樣,取打印機3條支鏈中的1條進行分析,如圖 1(a)所示.

        令 Si=BiCi,則 Si=OO′-(OAi+AiBi+CO′),在每條主動臂與靜平臺連接點Ai處建立坐標系{Ti},{Ti}的X、Y、Z 3坐標軸的方向與固定坐標系X、Y、Z 3坐標軸的方向相同,則

        故輸入3個驅(qū)動角速度θ˙i(i=1,2,3),通過式(17)即可求得動平臺末端的速度.

        4.2 加速度求解

        速度求解完后,加速度求解就變得十分簡單,對速度方程求導(dǎo)即可.

        則輸入3個驅(qū)動角加速度θ¨i(i=1,2,3),通過式(20)即可求得動平臺末端的加速度.

        4.3 速度、加速度算例驗證

        在ADAMS中,對3個驅(qū)動角的旋轉(zhuǎn)運動副添加的速度驅(qū)動分別為加速度驅(qū)動為仿真時間設(shè)置為20s,速度與加速度驅(qū)動曲線如圖5所示.利用ADAMS/Processor中的曲線處理工具箱,求得末端的速度與加速度曲線,如圖6所示.由圖6可知,末端在X、Y、Z 3個方向上的最大速度分別為31、18、38 mm/s,最大加速度分別為30、45、45 mm/s2,其曲線均光順無突兀點,可見打印機噴頭末端的運動較為平穩(wěn),能夠?qū)崿F(xiàn)較精確的打印效果.

        圖5 速度、加速度驅(qū)動曲線Fig.5 Speed and acceleration curves of driven angle

        圖6 末端速度、加速度曲線Fig.6 Speed and acceleration curves of terminal

        5 結(jié) 語

        本文基于Delta結(jié)構(gòu)設(shè)計了一款可實現(xiàn)持續(xù)進料、連續(xù)打印的陶瓷3D打印機,對陶瓷打印機的機體進行了運動學(xué)、速度和加速度分析,建立位置正逆解和速度、加速度方程,并結(jié)合具體參數(shù)進行算例仿真分析,驗證了運動學(xué)、速度和加速度數(shù)學(xué)模型的正確性.在本文設(shè)定的仿真條件下,打印終端在X、Y、Z 3個方向上的最大速度分別為 31、18、38 mm/s,在 X、Y、Z 3 個方向的最大加速度分別為30、45、45 mm/s2,并且在運動過程中速度、加速度沒有突變,實現(xiàn)了平穩(wěn)打印.

        [1]周婧,段國林,盧林.陶瓷漿料微流擠壓成型關(guān)鍵問題研究[J].中國機械工程,2015,26(22):3097-3101.ZHOU J,DUAN G L,LU L.The key problem research of ceramic slurry microflow extrusion[J].The Chinese Mechanical Engineering,2015,26(22):3097-3101(in Chinese).

        [2]周婧,段國林,金星.義齒陶瓷漿料微流擠壓成型頭研究[J].機械設(shè)計,2016,33(2):61-67.ZHOU J,DUAN G L,JIN X.The research of ceramic slurry microflow extrusion head[J].The Mechanical Design,2016,33(2):61-67(in Chinese).

        [3]張利敏.基于動力學(xué)指標的Delta高速并聯(lián)機械手集成優(yōu)化設(shè)計方法研究[D].天津:天津大學(xué),2011.ZHANG L M.Integrated optimization based on dynamic index of the Delta high-speed parallel manipulator design method research[D].Tianjin:Tianjin Universcity,2011(in Chinese).

        [4]梁香寧,牛志剛.三自由度Delta并聯(lián)機器人運動學(xué)分析及工作空間求解[J].太原理工大學(xué)學(xué)報,2008,39(1):93-96.LIANG X N,NIU Z G.3-D of Delta parallel robot kinematics analysis and working space to solve[J].Journal of Taiyuan University of Technology,2008,39(1):93-96(in Chinese).

        [5]趙杰,朱延河.Delta型并聯(lián)機器人運動學(xué)正解幾何法[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2003,35(1):25-27.ZHAO J,ZHU Y H.Delta type parallel robot kinematics solution is geometric method[J].Journal of Harbin Institute of Technology University,2003,35(1):25-27(in Chinese).

        [6]石志新,葉梅燕,毛志偉.5-5型并聯(lián)機器人位置正解的簡單算法[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報,2016,47(3):395-404.SHI Z X,YE M Y,MAO Z W.Simple algorithm of parallel robot position positive solutions[J].Journal of Agricultural Machinery,2016,47(3):395-404(in Chinese).

        [7]丁承君,吳畏,朱智輝.陶瓷3D打印機噴頭結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真分析[J].天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2017,36(4):84-88.DING C J,WU W,ZHU Z H.Structure design and simulation analysis of ceramic 3D printer nozzle[J].Journal of Tianjin Polytechnic University,2017,36(4):84-88(in Chinese).

        [8]WANG J S,LIU X J.Analysis of a novel cylindrical 3-DOF parallel robot[J].Robotics and Autonomous System,2003,42:31-46.

        [9]楊延力,劉安心,羅玉峰.機器人機構(gòu)拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京:科學(xué)出版社,2012.YANG Y L,LIU A X,LUO Y F.Robot Mechanism Topological Structure Design[M].Beijing:Science Press,2012(in Chinese).

        [10]李秦川.對稱少自由度并聯(lián)機器人型綜合理論及新機型綜合[D].秦皇島:燕山大學(xué),2003.LI Q C.Symmetrical type less degrees of freedom parallel robot integrated theory and new models[D].Qinhuangdao:Yanshan University,2003(in Chinese).

        [11]趙鐵石,高英杰,楊鐵林.混合型四自由度并聯(lián)平臺機構(gòu)及其位置分析[J].光學(xué)精密工程,2009,8(1):42-45.ZHAO T S,GAO Y J,YANG T L.Hybrid four DOF parallel platform mechanism and its location analysis [J].Optical Precision Engineering,2009,8(1):42-45(in Chinese).

        [12]金瓊,楊延力,劉安心.基于單開鏈單元的三平移一轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人機構(gòu)型綜合及機構(gòu)分類[J].中國機械工程,2009,12(9):1038-1043.JIN Q,YANG Y L,LIU A X.Based on single open chain unit of three translational one rotation parallel robot mechanism type comprehensive and classification[J].The Chinese Mechanical Engineering,2009,12(9):1038-1043(in Chinese).

        [13]黃真,孔令福,方躍法.并聯(lián)機器人機構(gòu)學(xué)理論及控制[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007.HUANG Z,KONG L F,F(xiàn)ANG Y F.Parallel Robot Mechanism Theory and Control[M].Beijing:Mechanical Industry Press,2007(in Chinese).

        [14]FENG G.Physical model of the solution space for 3-DOF parallel planar manipulations[J].Mechanisms and Machine Theory,2006,31(2):161-171.

        [15]CONTE J,SANTOLARIA J.Identification and kinematic calculation of laser tracker errors[J].Procedia Engineering,2013,63:379-387.

        [16]LI J F,CHEN W H,LIU D Z.Inverse kinematic and dynamic analysis of a 3-DOF parallel mechanism[J].Chinese Journal of Mechanical Engineering,2003(1):54-58.

        [17]MERLET J P.Parallel Robot[M].Netherlands:Springer,2006.

        [18]HUANG T,LI M,ZHAO X M.Conceptual design and dimensional synthesis for a 3-DOF module of trivariant:A novel 5-DOF reconfigurable hybrid[J].IEEE Transactions on Robotics,2005,21(3):449-456.

        猜你喜歡
        運動學(xué)打印機并聯(lián)
        識別串、并聯(lián)電路的方法
        基于MATLAB的6R機器人逆運動學(xué)求解分析
        基于D-H法的5-DOF串并聯(lián)機床運動學(xué)分析
        審批由“串聯(lián)”改“并聯(lián)”好在哪里?
        另類3D打印機
        打印機基板大型注塑模具設(shè)計
        中國塑料(2016年7期)2016-04-16 05:25:55
        并聯(lián)型APF中SVPWM的零矢量分配
        一種軟開關(guān)的交錯并聯(lián)Buck/Boost雙向DC/DC變換器
        FDM型混色3D打印機的設(shè)計
        基于運動學(xué)原理的LBI解模糊算法
        亚洲男人第一av网站| av影院手机在线观看| 亚洲成av人片天堂网无码| 九九99久久精品国产| 中年人妻丰满AV无码久久不卡| 日本护士一区二区三区高清热线 | 国产精品综合一区久久| 乱色精品无码一区二区国产盗| 国产亚洲av人片在线观看| 91久久综合精品国产丝袜长腿| 国产黄色一区二区三区,| 亚洲av午夜精品无码专区| 野花社区视频www官网| 91最新免费观看在线| 日韩av一区二区无卡| 无码精品国产一区二区三区免费| 日产一区一区三区区别| 久久天天躁夜夜躁狠狠85麻豆| 国内精品自在自线视频| 国产成人精品日本亚洲语音1| 日韩av一区二区无卡| 欧美精品欧美人与动人物牲交 | 国产99久久久国产精品~~牛| 野花社区视频www官网| 午夜不卡亚洲视频| 区一区二区三免费观看视频 | 亚洲av无码av男人的天堂| 人妻无码AⅤ中文系列久久免费| 精品蜜桃一区二区三区| 自拍偷自拍亚洲一区二区| 国产精品美女久久久久久| 亚洲国产成人无码影院| 少妇呻吟一区二区三区| 精品福利一区二区三区免费视频 | 国语淫秽一区二区三区四区| 国产一区二区女内射| 日韩中文字幕不卡网站| 精品一区二区三区牛牛| 国产太嫩了在线观看| 国产精品久免费的黄网站| 日本一区二区三区的免费视频观看|