基于机械臂的3D打印机控制系统研究

结合3D打印技术,对小型机械臂进行控制系统设计,开发出一种多自由度机械臂3D打印机。首先对机械臂进行正逆运动学求解,然后对路径进行插值计算,最后做轨迹规划,使机械臂实现3D打印功能。该研究提高了打印机运动平稳性和打印精度,打印姿态更为灵活,打印产品具有多样性。     

一种多色3D打印机的设计与分析

目前桌面级FDM 3D打印机具有结构稳定性差、打印产品成型颜色单一的缺点。为了解决FDM3D打印机的不足,基于普通的并联臂FDM 3D打印机,进行机械结构设计与优化和控制系统设计与开发,设计出一种FDM的多色3D打印机。通过整机实验平台的搭建和3D产品打印的实验,该多色打印机能够实现多种颜色的混色打印,为FDM 3D多色打印提供了一种新的解决方案。     

3D打印技术在机械制造领域中的应用

近年来,3D打印技术因其具有效率快、精度高、成本低、环保强等优点,在医学医疗、航空航天、建筑装饰等领域中得到了非常良好的应用,但在机械制造领域的研究较少.通过系统性地梳理3D打印技术的基本概念和原理,得到3D打印快速成型的基本过程和技术路线,以及其离散和堆积的方法和思路.通过3D打印技术在典型机械零部件中轮毂的应用为例,用Pro/E软件进行三维造型,用某型号3D打印机进行参数设置试验,最终分析并揭示出3D打印技术在机械制造领域中的应用优越性.同时,提出一种机械零部件自由设计理念,该理念为3D打印技术在机械制造领域中拓展新的局面,打下良好基础并形成理论体系.     

3D打印技术在机械制造领域中的应用

近年来,3D打印技术因其具有效率快、精度高、成本低、环保强等优点,在医学医疗、航空航天、建筑装饰等领域中得到了非常良好的应用,但在机械制造领域的研究较少.通过系统性地梳理3D打印技术的基本概念和原理,得到3D打印快速成型的基本过程和技术路线,以及其离散和堆积的方法和思路.通过3D打印技术在典型机械零部件中轮毂的应用为例,用Pro/E软件进行三维造型,用某型号3D打印机进行参数设置试验,最终分析并揭示出3D打印技术在机械制造领域中的应用优越性.同时,提出一种机械零部件自由设计理念,该理念为3D打印技术在机械制造领域中拓展新的局面,打下良好基础并形成理论体系.     

多轴机械臂3D打印的运动-挤料协同控制方法

多轴机械臂3D打印能够拓展传统熔融沉积式三轴打印的空间自由度实现无支撑一体成型.但由于机械臂多关节运动与3D打印多参量的分离控制所导致的运动-挤料不同步,大大影响打印质量.针对多轴机械臂3D打印末端运动与挤料的协同性问题,提出基于EtherCAT的协同控制方法.以EtherCAT实时工业以太网构建控制系统框架,满足多关节运动与多工艺执行机构的控制需求;基于此,提出量化的"运动-挤料"速度匹配关系与通讯反馈机制,确保运动与挤料的协同控制.通过对帧周期的检测、标准路径与无支撑模型的打印测试,结果表明,主从通讯周期可达500us,数据帧遍历各从站延时为25±10 us,能够满足机械臂3D打印控制精度要求,保证运动-挤料的协同控制.     

基于反馈控制的3D打印精度提升技术研究

3D打印机工作过程中,步进电机可能由于失步等原因产生较大的误差.为了提升3D打印的精度,以熔融沉积性3D打印机为对象,以步进电机反馈控制算法为基础,设计了3D打印系统,并通过对系统位置和速度的性能测试,验证了该3D打印系统的有效性.     

并联混色3D打印机设计与研究

目前,并联臂结构的3D打印机普遍存在打印精度不佳、稳定性与可靠性差、调试与维护过程复杂等问题。针对熔融挤压堆积成型(FDM)并联3D打印机的基本结构,对并联式3D打印机的部分结构件进行了重新设计与建模,完成样机设计与实验。设计了一种支持双色混色、易于维护、高可靠性的并联3D打印机,并通过整体布局、机械结构以及打印喷头的优化进一步提高打印精度、打印稳定性以及可靠性。     

一种H-bot极坐标3D打印机的结构设计

对传统FDM型3D打印机的机型结构进行了研究,设计了一种极坐标3D打印机。采用一种H-bot同步带结构替代传统笛卡尔坐标运动结构,由机架两台步进电机协同驱动打印头在XOZ平面内的X轴方向和Z轴方向的直线运动,打印平台沿Y轴的直线运动转换为打印平台转盘的旋转运动。H-bot极坐标3D打印机的单台步进电机负载较小,机型更加紧凑,机械结构更为简单。     

3D打印技术的应用

被认为推动了第三次工业革命进程的3D打印技术,涉及信息技术、材料科学、精密机械等多个方面。投入民用工业是近年来的事,多用于大型制造业。随着3D打印技术的应用越来越广泛,各种耗材、打印机的价格必将呈现下降趋势,未来3D打印机完全有可能像传统打印机一样,成为每家每户都买得起、用得上的设备。     

面向3D打印的排爆机械臂栅格优化

文中以排爆机器人机械臂为研究对象,设计了一种面向3D打印的排爆机械臂。通过SolidWorks建立机械臂三维模型,采用ANSYS Workbench对原始大臂进行静力学分析,再根据分析结果对机械臂大臂进行拓扑优化。在满足大臂工作要求的前提下,采用Altair Inspire为拓扑优化大臂分别填充3种不同直径的栅格结构。通过Inspire对优化后的大臂进行静力学分析,与原始大臂相比,优化后的机械臂不仅满足工作要求,且自身质量减小,提升了机械臂的承载能力与末端执行器精度,增强了排爆工作的安全性。采用3D打印技术制造的机械臂,解决了优化大臂模型复杂、加工困难的问题,提高了设计制造的效率。