面向软体机器人的面投影立体光刻3D打印设备的设计

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随着社会的发展,传统机器人逐步暴露出使用场景受限、安全性不高等劣势,而软体机器人因为具有连续变形、自由度无限、环境适应性强、安全性高等优势,逐步成为学术研究的热点之一。然而当前的软体机器人技术尚不成熟,主要基于实验探索的方式进行研究,因此软体机器人的制备技术对软体机器人的研究和发展至关重要。在众多软体机器人制造技术中,3D打印具备加工复杂结构的能力,并且加工效率高,过程简便,因此正在成为软体机器人制造领域的关键技术之一。本文以面向软体机器人制造的面投影立体光刻3D打印技术为研究对象。在充分考虑软体机器人制备的情形下,首先确认技术目标,设计总体方案,再设计主要零部件和控制系统,最后完成面投影立体光刻3D打印设备的组装调试工作。根据软体机器人制造实验中的问题,分析影响打印过程的因素,提出合适的解决办法,分析对打印精度造成影响的因素,并提出相应的改进措施,最后针对新材料的打印参数设置问题,通过实验确定合适的参数范围。根据打印平台与树脂槽之间的初始间隙调整问题和分离力检测问题,提出将力反馈原理应用于该3D打印设备,并设计了相应的柔性力反馈装置,搭建了基于Labview的力信号采集和处理模块,实现分离力的实时检测,提出通过测量无固化分离力来近似测量固化分离力的方法,实验分析固化分离力与各工艺参数的关系;设计了一套基于力反馈的初始间隙调整的闭环控制方法,并基于Labview完成数字控制系统的搭建,通过实验优化初始间隙调整系统的控制参数,分析和实验测试控制系统的精度。首先实验验证设备的打印性能,再利用设备打印类橡胶材料实现软体执行器的制备,打印形状记忆聚合物实现4D打印功能。软体机器人打印实验证实了:面投影立体光刻3D打印技术应用于软体机器人制造领域具有现实意义和巨大的潜力。
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