【文章內容簡介】 。（4）5自由度并聯(lián)機構?，F(xiàn)有的5自由度并聯(lián)機構結構復雜，如韓國Lee的5自由度并聯(lián)機構具有雙層結構（2個并聯(lián)機構的結合）。（5）6自由度并聯(lián)機構。6自由度并聯(lián)機構是并聯(lián)機器人機構中的一大類，是國內外學者研究得最多的并聯(lián)機構，廣泛應用在飛行模擬器、6維力與力矩傳感器和并聯(lián)機床等領域。但這類機構有很多關鍵性技術沒有或沒有完全得到解決，比如其運動學正解、動力學模型的建立以及并聯(lián)機床的精度標定等。從完全并聯(lián)的角度出發(fā)，這類機構必須具有6個運動鏈。但現(xiàn)有的并聯(lián)機構中，也有擁有3個運動鏈的6自由度并聯(lián)機構，如3PRPS和3URS等機構，還有在3個分支的每個分支上附加1個5桿機構作這驅動機構的6自由度并聯(lián)機構等。[2]圖113 6RSS并聯(lián)機構圖 圖114 3PRPS并聯(lián)機構圖115 3PRPS并聯(lián)機構 圖l16 3PPSP并聯(lián)機構圖117 3URS并聯(lián)機構并聯(lián)機構由于其本身特點,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。主要應用有以下幾個方面：（1） 模擬運動①飛行員三維空間訓練模擬器駕駛模擬器；②工程模擬器,如船用搖擺臺等；③檢測產品在模擬的反復沖擊、振動下的運行可靠性；④娛樂運動模擬臺。(2)對接動作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)承載運動①大扭矩螺栓緊固；②短距離重物搬運。（4）金屬切削加工?？蓱糜诟黝愩姶病⒛ゴ层@床或點焊機、切割機。 圖118 波音737400飛行模擬器 圖119德國Mikromat并聯(lián)機床 圖120 HexaGlide并聯(lián)機床 圖121 LINAPOD并聯(lián)機床 圖122 哈工大并聯(lián)機床（5）可用于測量機，也可用來作為其它機構的誤差補償器。（6）微動機構或微型機構并聯(lián)平臺的應用領域正在被科研工作者不斷拓寬。（7）并聯(lián)機構還可用作機器人的關節(jié)，爬行機構，食品、醫(yī)藥包裝和移載機械手等。并聯(lián)機器人雖然經過了幾十年的研究，但在理論上比較成熟，但很多都是用在大學的實驗室中，真正投入到生產實踐中的并聯(lián)機器人不多。近年來，先進制造技術的發(fā)展對并聯(lián)機器人的研究和發(fā)展起著積極的促進作用。隨著先進制造技術的發(fā)展，工業(yè)機器人已從當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)中的生產設備。要從組成敏捷生產系統(tǒng)的觀點出發(fā)，來研究并聯(lián)機器人的進一步發(fā)展。面向先進制造環(huán)境的機器人柔性裝配系統(tǒng)和機器人加工系統(tǒng)中，不僅有多機器人的集成，還有機器人與生產線、周邊設備、生產管理以及人的集成。要想使并聯(lián)機器人充分發(fā)揮其優(yōu)勢性，適應于市場的需求,就需要對并聯(lián)機器人進行模塊化設計。并聯(lián)機器人的模塊化設計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，快速響應市場變化，生產出滿足用戶需求的個性化產品。并聯(lián)機器人的模塊化設計為并聯(lián)機器人迅速走向市場奠定了良好的基礎。三維打印雖然說是快速成型，但是實際上也不算快速。就拿有名的三維彩色打印機ZPrinter 650來說， 英寸（ 毫米）， 英寸 ( 毫米)，(28 毫米/小時)。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。內置的處理器運算能力、打印精度、運動機構、成型原理等都決定了打印速度。其中運動機構不僅決定了打印速度，而且還影響打印精度。常見的三維打印機和傳統(tǒng)打印機一樣，只不過是多加了一個Z軸，可以看作是直角坐標系機器人。而直角坐標系機器人是屬于串聯(lián)機器人一類的。然后既然有串聯(lián)機器人，就有并聯(lián)機器人。并聯(lián)機器人和傳統(tǒng)工業(yè)用串聯(lián)機器人在哲學上呈對立統(tǒng)一的關系，和串聯(lián)機器人相比較，并聯(lián)機器人具有以下特點：（1）無累積誤差，精度較高；（2）驅動裝置可置于定平臺上或接近定平臺的位置，這樣運動部分重量輕，速度高，動態(tài)響應好；（3）結構緊湊，剛度高，承載能力大；（4）完全對稱的并聯(lián)機構具有較好的各向同性；（5）工作空間較?。唬?）在位置求解上，串聯(lián)機構正解容易，但反解十分困難，而并聯(lián)機構正解困難反解卻非常容易。根據這些特點，并聯(lián)機器人在需要高剛度、高精度或者大載荷而無須很大工作空間的領域內得到了廣泛應用。如果把并聯(lián)機器人運用到三維打印上，那將會提高成型速度和精度。本次設計的目的就是要把工業(yè)用的并聯(lián)機械手搬到普通家庭的桌面上，讓其實現(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，即使專業(yè)級別的精度很高。我們有時候想制作出一些模型來觀察和試驗，不需要很高的精度，只是需要速度。我們使用并聯(lián)機械手來三維打印，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，很多工程師都可以將自己的設計“打印”出來。（1）通過對三維打印機和并聯(lián)機械手的學習和研究編寫開題報告；（2）結合三維打印機的實際情況對其并聯(lián)機構進行設計，分析并計算相關參數(shù)；（3）使用solidworks建模，并繪制工程圖；（4）使用solidworks仿真系統(tǒng)進行運動仿真；（5）翻譯一篇與論文相關的外文資料。第二章 機械手的設計 設計前分析三維打印是由下而上層疊打印，所以打印機構在空間上只需要三個平動自由度。所以可使用有三個平動自由度的并聯(lián)機構來實現(xiàn)三維打印。同時，要考慮到打印速度、定位精度、承載能力、工作空間等方面。通過查找相關資料，發(fā)現(xiàn)Delta機構比較適合用于三維打印。Delta機器人最早是Clavel在1985年提出的，由于其基座平臺和運動平臺都呈三角形形狀而得名。當初設計Delta機器人時，是想得到一種小型化的機構，實現(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)動作。由于Delta機器人的這個特點，它常用于小元件的裝配插接作業(yè)。而且它機構相對比較簡單，可實現(xiàn)空間上的三個平動自由度，它還有能承受大載荷、機構剛性好，定位精度高等特點，所以適合快速堆垛及搬運等操作。[3]圖21 Delta機器人如今Delta機器人的研究也比較成熟，控制方法也比較簡便，在工業(yè)上有廣泛的應用，所以我選擇采用Delta機構來設計三維打印機。 Delta機器人結構分析Delta機構有幾種類型，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機器人有三個平動自由度，是由三組擺動桿機構連接固定平臺和運動平臺的空間機構。具體結構如下：圖22 Delta機器人組成由圖可以看出，固定平臺的三條邊通過三條完全相同的運動鏈分別連接到運動平臺的三個邊上。每條運動鏈中有一個由四個球鉸與桿件組成的平行四邊形閉環(huán)，此閉環(huán)與驅動桿件（主動臂）相連，驅動桿件與固定平臺之間通過轉動副連接。三組平行四邊形機構的應用使動平臺和固定平臺始終保持平行，消除了運動平臺的轉動自由度，從而保留了空間的三個平動自由度（在本次設計中我采用桿端關節(jié)軸承來代替球鉸，其原理也是一樣的）。同時，利用空間機構自由度計算公式也可以計算出該機構的自由度。[4]圖23 采用桿端軸承的平行四邊形閉環(huán)一般情況下，由空間機構自由度F的計算公式： （21）其中：n—構件數(shù)g—機構運動副數(shù) —所有運動副自由度數(shù)和分析該機構，容易知道該機構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動，計算自由度時對應將四個球鉸中的兩個按虎克鉸考慮，以便消除局部自由度的影響，根據式（21）就可以求出該機構的自由度數(shù),此機構的構件數(shù)目(包括固定平臺)n=11,運動副數(shù)g=15,所以F=6（1115l)+3x6+2x6+lx3=3。因此,Delta并聯(lián)機器人具有三個平移自由度,即運動平臺在機器人工作空間內沿X、Y、Z三個方向平移運動，也就是可以用到三維打印機上。為了方便求解三自由度平臺的空間位置關系,研究平臺的運動規(guī)律,首先將機構稍加改造,將三組平行四邊形閉環(huán)上下兩邊中點之間加入三根虛擬連桿,如圖23所示?？紤]到運動平臺只有平動沒有轉動,相對于固定平臺姿態(tài)固定,機構中所有分支中的平行四邊形框架始終為平面四邊形,而不會扭曲為空間四邊形。在此條件下,平行四邊形左右兩邊的運動與上下兩邊中點連線的運動完全相同。因此,在進行運動分析時,將機構簡化為圖24所示.接著建立動、靜兩個坐標系,靜坐標系原點O位于上平臺(固定平臺)的幾何中心。動平臺上建立動坐標系,為動平臺的幾何中心,其中Z軸和軸分別垂直于靜平臺和動平臺，,長度均為,從動桿為圖中,長度均為。為電機驅動臂對基座平臺的張角。 設計三維打印機的并聯(lián)機械手時，初取=250mm，=450mm。 圖23 引入虛擬桿的運動學模型 圖24 Delta并聯(lián)機器人機構簡圖Delta機器人通過三個分支鏈將上下平臺連接起來,驅動臂在電機的驅動下作一定角度的反復擺動,再通過平行四邊形閉環(huán)和轉動副使動平臺作