【文章內(nèi)容簡介】 。（4）5自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)有的5自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如韓國Lee的5自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有雙層結(jié)構(gòu)（2個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)合）。（5）6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)是并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)中的一大類，是國內(nèi)外學(xué)者研究得最多的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，廣泛應(yīng)用在飛行模擬器、6維力與力矩傳感器和并聯(lián)機(jī)床等領(lǐng)域。但這類機(jī)構(gòu)有很多關(guān)鍵性技術(shù)沒有或沒有完全得到解決，比如其運(yùn)動(dòng)學(xué)正解、動(dòng)力學(xué)模型的建立以及并聯(lián)機(jī)床的精度標(biāo)定等。從完全并聯(lián)的角度出發(fā)，這類機(jī)構(gòu)必須具有6個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈。但現(xiàn)有的并聯(lián)機(jī)構(gòu)中，也有擁有3個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈的6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如3PRPS和3URS等機(jī)構(gòu)，還有在3個(gè)分支的每個(gè)分支上附加1個(gè)5桿機(jī)構(gòu)作這驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)等。[2]圖113 6RSS并聯(lián)機(jī)構(gòu)圖 圖114 3PRPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)圖115 3PRPS并聯(lián)機(jī)構(gòu) 圖l16 3PPSP并聯(lián)機(jī)構(gòu)圖117 3URS并聯(lián)機(jī)構(gòu)并聯(lián)機(jī)構(gòu)由于其本身特點(diǎn),一般多用在需要高剛度、高精度和高速度而無需很大空間的場合。主要應(yīng)用有以下幾個(gè)方面：（1） 模擬運(yùn)動(dòng)①飛行員三維空間訓(xùn)練模擬器駕駛模擬器；②工程模擬器,如船用搖擺臺(tái)等；③檢測產(chǎn)品在模擬的反復(fù)沖擊、振動(dòng)下的運(yùn)行可靠性；④娛樂運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)。(2)對接動(dòng)作①宇宙飛船的空間對接；②汽車裝配線上的車輪安裝；③醫(yī)院中的假肢接骨。(3)承載運(yùn)動(dòng)①大扭矩螺栓緊固；②短距離重物搬運(yùn)。（4）金屬切削加工?？蓱?yīng)用于各類銑床、磨床鉆床或點(diǎn)焊機(jī)、切割機(jī)。 圖118 波音737400飛行模擬器 圖119德國Mikromat并聯(lián)機(jī)床 圖120 HexaGlide并聯(lián)機(jī)床 圖121 LINAPOD并聯(lián)機(jī)床 圖122 哈工大并聯(lián)機(jī)床（5）可用于測量機(jī)，也可用來作為其它機(jī)構(gòu)的誤差補(bǔ)償器。（6）微動(dòng)機(jī)構(gòu)或微型機(jī)構(gòu)并聯(lián)平臺(tái)的應(yīng)用領(lǐng)域正在被科研工作者不斷拓寬。（7）并聯(lián)機(jī)構(gòu)還可用作機(jī)器人的關(guān)節(jié)，爬行機(jī)構(gòu)，食品、醫(yī)藥包裝和移載機(jī)械手等。并聯(lián)機(jī)器人雖然經(jīng)過了幾十年的研究，但在理論上比較成熟，但很多都是用在大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室中，真正投入到生產(chǎn)實(shí)踐中的并聯(lián)機(jī)器人不多。近年來，先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展對并聯(lián)機(jī)器人的研究和發(fā)展起著積極的促進(jìn)作用。隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已從當(dāng)初的柔性上下料裝置，正在成為高度柔性、高效率和可重組的裝配、制造和加工系統(tǒng)中的生產(chǎn)設(shè)備。要從組成敏捷生產(chǎn)系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，來研究并聯(lián)機(jī)器人的進(jìn)一步發(fā)展。面向先進(jìn)制造環(huán)境的機(jī)器人柔性裝配系統(tǒng)和機(jī)器人加工系統(tǒng)中，不僅有多機(jī)器人的集成，還有機(jī)器人與生產(chǎn)線、周邊設(shè)備、生產(chǎn)管理以及人的集成。要想使并聯(lián)機(jī)器人充分發(fā)揮其優(yōu)勢性，適應(yīng)于市場的需求,就需要對并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。并聯(lián)機(jī)器人的模塊化設(shè)計(jì)正是符合敏捷制造提出的策略，敏捷制造的基本思想是企業(yè)能迅速將其組織和裝備重組，快速響應(yīng)市場變化，生產(chǎn)出滿足用戶需求的個(gè)性化產(chǎn)品。并聯(lián)機(jī)器人的模塊化設(shè)計(jì)為并聯(lián)機(jī)器人迅速走向市場奠定了良好的基礎(chǔ)。三維打印雖然說是快速成型，但是實(shí)際上也不算快速。就拿有名的三維彩色打印機(jī)ZPrinter 650來說， 英寸（ 毫米）， 英寸 ( 毫米)，(28 毫米/小時(shí))。說到底，還是不夠快速。雖然它的精度很高了，但是速度卻很慢。內(nèi)置的處理器運(yùn)算能力、打印精度、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、成型原理等都決定了打印速度。其中運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)不僅決定了打印速度，而且還影響打印精度。常見的三維打印機(jī)和傳統(tǒng)打印機(jī)一樣，只不過是多加了一個(gè)Z軸，可以看作是直角坐標(biāo)系機(jī)器人。而直角坐標(biāo)系機(jī)器人是屬于串聯(lián)機(jī)器人一類的。然后既然有串聯(lián)機(jī)器人，就有并聯(lián)機(jī)器人。并聯(lián)機(jī)器人和傳統(tǒng)工業(yè)用串聯(lián)機(jī)器人在哲學(xué)上呈對立統(tǒng)一的關(guān)系，和串聯(lián)機(jī)器人相比較，并聯(lián)機(jī)器人具有以下特點(diǎn)：（1）無累積誤差，精度較高；（2）驅(qū)動(dòng)裝置可置于定平臺(tái)上或接近定平臺(tái)的位置，這樣運(yùn)動(dòng)部分重量輕，速度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好；（3）結(jié)構(gòu)緊湊，剛度高，承載能力大；（4）完全對稱的并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有較好的各向同性；（5）工作空間較??；（6）在位置求解上，串聯(lián)機(jī)構(gòu)正解容易，但反解十分困難，而并聯(lián)機(jī)構(gòu)正解困難反解卻非常容易。根據(jù)這些特點(diǎn)，并聯(lián)機(jī)器人在需要高剛度、高精度或者大載荷而無須很大工作空間的領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。如果把并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)用到三維打印上，那將會(huì)提高成型速度和精度。本次設(shè)計(jì)的目的就是要把工業(yè)用的并聯(lián)機(jī)械手搬到普通家庭的桌面上，讓其實(shí)現(xiàn)三維打印，讓我們不需要花很高的成本去買專業(yè)級別的三維打印機(jī)，即使專業(yè)級別的精度很高。我們有時(shí)候想制作出一些模型來觀察和試驗(yàn)，不需要很高的精度，只是需要速度。我們使用并聯(lián)機(jī)械手來三維打印，能保證一定的精度和速度。如果能制作出這樣的三維打印機(jī)，很多工程師都可以將自己的設(shè)計(jì)“打印”出來。（1）通過對三維打印機(jī)和并聯(lián)機(jī)械手的學(xué)習(xí)和研究編寫開題報(bào)告；（2）結(jié)合三維打印機(jī)的實(shí)際情況對其并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析并計(jì)算相關(guān)參數(shù)；（3）使用solidworks建模，并繪制工程圖；（4）使用solidworks仿真系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真；（5）翻譯一篇與論文相關(guān)的外文資料。第二章 機(jī)械手的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)前分析三維打印是由下而上層疊打印，所以打印機(jī)構(gòu)在空間上只需要三個(gè)平動(dòng)自由度。所以可使用有三個(gè)平動(dòng)自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)三維打印。同時(shí)，要考慮到打印速度、定位精度、承載能力、工作空間等方面。通過查找相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)Delta機(jī)構(gòu)比較適合用于三維打印。Delta機(jī)器人最早是Clavel在1985年提出的，由于其基座平臺(tái)和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)都呈三角形形狀而得名。當(dāng)初設(shè)計(jì)Delta機(jī)器人時(shí)，是想得到一種小型化的機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對輕小物件的快速抓取和放置，能完成每秒兩次以上的循環(huán)動(dòng)作。由于Delta機(jī)器人的這個(gè)特點(diǎn)，它常用于小元件的裝配插接作業(yè)。而且它機(jī)構(gòu)相對比較簡單，可實(shí)現(xiàn)空間上的三個(gè)平動(dòng)自由度，它還有能承受大載荷、機(jī)構(gòu)剛性好，定位精度高等特點(diǎn)，所以適合快速堆垛及搬運(yùn)等操作。[3]圖21 Delta機(jī)器人如今Delta機(jī)器人的研究也比較成熟，控制方法也比較簡便，在工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用，所以我選擇采用Delta機(jī)構(gòu)來設(shè)計(jì)三維打印機(jī)。 Delta機(jī)器人結(jié)構(gòu)分析Delta機(jī)構(gòu)有幾種類型，主要是連接副有些改變。下面只介紹其中一種(如圖22)。下面這種Delta機(jī)器人有三個(gè)平動(dòng)自由度，是由三組擺動(dòng)桿機(jī)構(gòu)連接固定平臺(tái)和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的空間機(jī)構(gòu)。具體結(jié)構(gòu)如下：圖22 Delta機(jī)器人組成由圖可以看出，固定平臺(tái)的三條邊通過三條完全相同的運(yùn)動(dòng)鏈分別連接到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的三個(gè)邊上。每條運(yùn)動(dòng)鏈中有一個(gè)由四個(gè)球鉸與桿件組成的平行四邊形閉環(huán)，此閉環(huán)與驅(qū)動(dòng)桿件（主動(dòng)臂）相連，驅(qū)動(dòng)桿件與固定平臺(tái)之間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接。三組平行四邊形機(jī)構(gòu)的應(yīng)用使動(dòng)平臺(tái)和固定平臺(tái)始終保持平行，消除了運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，從而保留了空間的三個(gè)平動(dòng)自由度（在本次設(shè)計(jì)中我采用桿端關(guān)節(jié)軸承來代替球鉸，其原理也是一樣的）。同時(shí)，利用空間機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式也可以計(jì)算出該機(jī)構(gòu)的自由度。[4]圖23 采用桿端軸承的平行四邊形閉環(huán)一般情況下，由空間機(jī)構(gòu)自由度F的計(jì)算公式： （21）其中：n—構(gòu)件數(shù)g—機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副數(shù) —所有運(yùn)動(dòng)副自由度數(shù)和分析該機(jī)構(gòu)，容易知道該機(jī)構(gòu)具有局部冗余自由度，即球鉸之間的連桿可以繞自身的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，計(jì)算自由度時(shí)對應(yīng)將四個(gè)球鉸中的兩個(gè)按虎克鉸考慮，以便消除局部自由度的影響，根據(jù)式（21）就可以求出該機(jī)構(gòu)的自由度數(shù),此機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)目(包括固定平臺(tái))n=11,運(yùn)動(dòng)副數(shù)g=15,所以F=6（1115l)+3x6+2x6+lx3=3。因此,Delta并聯(lián)機(jī)器人具有三個(gè)平移自由度,即運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在機(jī)器人工作空間內(nèi)沿X、Y、Z三個(gè)方向平移運(yùn)動(dòng)，也就是可以用到三維打印機(jī)上。為了方便求解三自由度平臺(tái)的空間位置關(guān)系,研究平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,首先將機(jī)構(gòu)稍加改造,將三組平行四邊形閉環(huán)上下兩邊中點(diǎn)之間加入三根虛擬連桿,如圖23所示?？紤]到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)只有平動(dòng)沒有轉(zhuǎn)動(dòng),相對于固定平臺(tái)姿態(tài)固定,機(jī)構(gòu)中所有分支中的平行四邊形框架始終為平面四邊形,而不會(huì)扭曲為空間四邊形。在此條件下,平行四邊形左右兩邊的運(yùn)動(dòng)與上下兩邊中點(diǎn)連線的運(yùn)動(dòng)完全相同。因此,在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析時(shí),將機(jī)構(gòu)簡化為圖24所示.接著建立動(dòng)、靜兩個(gè)坐標(biāo)系,靜坐標(biāo)系原點(diǎn)O位于上平臺(tái)(固定平臺(tái))的幾何中心。動(dòng)平臺(tái)上建立動(dòng)坐標(biāo)系,為動(dòng)平臺(tái)的幾何中心,其中Z軸和軸分別垂直于靜平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)，,長度均為,從動(dòng)桿為圖中,長度均為。為電機(jī)驅(qū)動(dòng)臂對基座平臺(tái)的張角。 設(shè)計(jì)三維打印機(jī)的并聯(lián)機(jī)械手時(shí)，初取=250mm，=450mm。 圖23 引入虛擬桿的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 圖24 Delta并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)簡圖Delta機(jī)器人通過三個(gè)分支鏈將上下平臺(tái)連接起來,驅(qū)動(dòng)臂在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下作一定角度的反復(fù)擺動(dòng),再通過平行四邊形閉環(huán)和轉(zhuǎn)動(dòng)副使動(dòng)平臺(tái)作