潘　英　方跃法　汪丛哲

北京交通大学，北京，100044



五自由度3D打印并联机器人设计及分析

潘英方跃法汪丛哲

北京交通大学，北京，100044

为实现多向3D打印，设计了一种新型五自由度3D打印并联机器人，该机器人具有两个转动自由度和三个平动自由度，其特点是采用铰接的动平台以获得大的工作空间。根据建立的运动学模型，计算了该机器人机构的运动学反解，分析了定姿态位置工作空间和定位置姿态工作空间，用螺旋理论方法建立了速度雅可比矩阵，在此基础上分析了五自由度3D打印并联机器人的奇异性、灵巧性，并进行了运动仿真分析。研究结果表明，所设计的五自由度3D打印并联机器人具有大的位置工作空间和姿态工作空间，该机器人在工作空间内存在奇异位置，通过添加冗余驱动后可以消除奇异位置，并且具有良好的灵巧性，适合多向3D打印。

多向3D打印；并联机构；大工作空间；奇异性；冗余驱动

0　引言

3D打印技术也称增材制造技术，与传统的去除材料加工技术完全不同，是通过逐层增加材料来生成3D实体。有人指出，3D打印技术与当今发达的数字技术相结合，再加上互联网的普及以及微小而成本低廉的电子电路的广泛使用，将会打开第三次工业革命的大门[1]。

国内外很多学者对3D打印进行了研究[2-5]，并提出了一种多向打印的概念，这种多向3D打印可以把材料沿着不同方向累积到成形的表面，提高了分层制造的质量，但要求机器人至少具有4个自由度。……