并联式消防炮依托机器人学、消防工程及仿真技术的发展,加之其可弥补串联式消防炮的不足,逐渐凸显其在消防领域的研究价值。本文以消防炮灭火时的运动需求为出发点,广泛参考串联式消防炮,设计研制一种基于3-SPR并联机构且应用于消防机器人的水炮,并对并联式水炮灭火模型、机构设计及优化等相关技术进行研究。主要完成如下工作内容:首先,根据不同的失火场所状况,建立失火空间模型,并根据模型参数,采用Fluent软件对三个典型角度下的射流轨迹进行仿真分析,提取仿真参数,通过拟合、修正得到一般场景下的射流轨迹方程,并结合热辐射的影响及水炮喷嘴距离地面的高度建立消防机器人水炮灭火模型,确定不同场景下的水炮参数。其次,分析串联式、并联式消防炮结构和运动原理,结合消防机器人的设计要求,确定本文并联式水炮机构的设计方案;根据水炮工作参数,设计以3-SPR并联机构为主体的水炮机构;基于MATLAB通过边界搜索算法求解出3-SPR并联机构工作空间,得出并联式水炮俯仰角和水平摆角范围;分析运动/力传递和约束指标,依据传递指标对消防炮主体机构进行优化以改善其传递性能。再次,基于有限元仿真分析喷嘴的流道曲线、整流段长度及出口直径,确定喷嘴结构参数最佳组合。结合喷嘴受到的射流冲击力和Recur Dyn对推杆的受力分析结果,确定推杆自锁力的最小值。基于刚柔耦合,使用ANSYS Static Structural进行喷嘴和推杆的应力和位移分析,提出优化方案。提取整个机构前六阶振型,确定各阶模态固有频率,以确定机构中的薄弱环节,作为后续样机设计的参考。最后,完成消防机器人水炮主体机构样机设计与制作,实验验证本文设计的消防机器人水炮主体机构满足水炮灭火时在铅直方向和水平方向的运动需求,为并联机构在消防炮领域的进一步研究提供参考。