CN104858859A - 一种多输出3d打印冗余并联机器人 - Google Patents

一种多输出3d打印冗余并联机器人 Download PDF

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Abstract

一种多输出3D打印冗余并联机器人，涉及机器人领域，属于3D打印技术范畴。该3D打印机器人，一次打印可以同时打印多个相同产品，通过冗余驱动提高动平台的刚度，增加动平台运动的稳定性，提高打印精度。包括：基座组件，双联丝杆运动支链组件，平行四边形运动支链组件，打印喷头组件，关节轴承连杆，关节轴承安装轴。其连接为：基座组件中的U型滑块通过平行四边形运动支链与打印喷头组件连接，形成球副；双联丝杆运动支链组件通过关节轴承安装轴与打印喷头连接，形成球副。滑块沿导轨做直线运动带动平行四边形支链组件运动，双联丝杆运动支链组件的螺旋杆沿导轨做直线移动，各驱动之间的配合实现打印喷头组件在空间内的平移运动。

Description

一种多输出3D打印冗余并联机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种多输出3D打印冗余并联机器人。
背景技术
3D打印技术是增材制造技术的一种，利用计算机辅助设计三维物体模型，转换为STL格式的文件；将模型文件导入分层软件进行分层，规划打印喷头的轨迹，一层一层打印实物产品。3D打印技术提高了工作效率，能在短时间内制造实物产品，缩短产品设计制造周期。随着3D打印技术的发展，打印材料和设备不断创新，成型速度和精度不断提高，在航空、医疗、教育等领域得到了广泛的应用。适用于家庭及办公室的3D打印机器人越来越受到重视，这种3D打印机器人体积小、价格低、打印材料无污染。
现有的大部分3D打印机器人是串联机构，串联机构的3D打印机器人结构简单，但是打印速度慢和精度不高。而现有的并联机构3D打印机器人大部分只有一个输出，一次只能打印一个产品，在进行批量生产时，效率比较低，生产成本高。本次发明的多输出3D打印冗余并联机器人，通过在动平台上布置4个打印头，一次可以打印4个相同的产品，大大的提高了工作效率，并且通过增加冗余驱动可以提高动平台的刚度，更好的控制动平台的运动精度，提高打印精度。
发明内容
本发明要解决的问题是提出一种多输出3D打印冗余并联机器人，可以一次打印多个相同的产品，且通过冗余驱动，增加动平台的刚度，能提高打印物品的精度。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一种多输出3D打印冗余并联机器人，该机器人包括：基座组件、双联丝杆运动支链组件、平行四边形运动支链组件、打印喷头组件、关节轴承安装轴、关节轴承连杆；构成这种装置的零部件之间的连接为：
基座组件中，两条关节轴承连杆两端的安装孔分别通过两根安装轴连接，形成球副，整体构成平行四边形；三个竖直布置的U型滑块分别通过三组构成完全一致的平行四边形运动支链组件与打印喷头组件动平台的三个U型接口连接；U型转轴***L型连接块的安装孔，形成转动副；U型转轴的两个U型接口与导轨电机座的两个U型接口通过短轴连接，形成转动副；直线丝杆电机中的螺旋杆一端与关节轴承安装轴的安装孔连接，形成球副；三组构成完全相同的双联丝杆运动支链组件通过关节轴承安装轴***动平台上的三个销孔。
基座组件主要包括：机架、电机、联轴器、导轨、U型滑块、L型连接块；电机固定在机架上，电机转动时，通过联轴器带动螺旋杆转动，使得U型滑块沿导轨做直线运动；L型连接块通过螺钉固定于机架上；机架总体布置为：上、下两个完全相同的六边形通过竖直导轨连接，三个电机布置在等边三角形的顶点，三个L型连接块布置在六边形的长边的正中间位置。
双联丝杆运动支链组件主要包括：直线丝杆电机、螺旋杆、导轨电机座、导轨、T型滑块、U型转轴、关节轴承安装轴、螺母；其中一套丝杆运动支链的构成为：U型转轴***基座组件中的L型连接块的安装孔，形成转动副；U型转轴的U型接口与导轨电机座的U型接口通过短轴连接，形成转动副；直线丝杆电机固定于导轨电机座上，螺旋杆***直线丝杆电机，通过T型滑块沿导轨做直线运动；螺旋杆的另一端***关节轴承安装的安装孔中，通过螺母定位，形成球副；两套构成完全相同的丝杆运动的支链构成双联丝杆运动支链组件；双联丝杆运动支链组件中的两个丝杆电机的运动完全一致，丝杆电机转动时，螺旋杆转动，带动关节轴承安装轴运动，使得动平台运动。
平行四边形运动支链组件主要包括：第一关节轴承连杆、第二关节轴承连杆、第一安装轴、第二安装轴；第一关节轴承连杆一端的安装孔与第一安装轴的一端连接，形成球副；第一关节轴承连杆另一端的安装孔与第二安装轴的另一端连接，形成球副；第二关节轴承与第一、第二安装轴的连接完全一致；竖直布置的U型滑块运动带动平行四边形运动支链运动，使得动平台运动。
打印喷头组件主要包括：动平台、打印喷头、U型接口、销孔；动平台为等边三角形构造，其中三个打印喷头安装在等边三角形的顶点，一个打印喷头安装在等边三角形的正中心位置；三个U型接口分别与三组平行四边形运动支链运动组件中的安装轴固定连接；三个销孔与分别与三组双联丝杆运动支链组件中的关节轴承安装轴固定连接。
多输出3D打印冗余并联机器人中的三个电机转动，带动与之相连的螺旋杆转动，是的竖直布置的U型滑块沿相应的导轨做直线运动，驱动对应的运动支链组件运动；多输出3D打印冗余并联机器人中的三对直线丝杆电机转动，每对直线丝杆电机带动与之相连的螺旋杆运动，使得双联丝杆运动支链组件运动；多输出3D打印冗余并联机器人的各个电机配合运动，带动打印喷头组件运动，使得四个打印喷头实现空间内的平移运动。
本发明所具有的有益效果：利用冗余驱动的并联机构大刚度性和高运动精度，通过在动平台上增加打印头的数量，提供一种可以多输出的3D打印机器人。该装置不但可以一次打印一个产品，而且可以一次打印多个产品，根据冗余驱动并联机构的特点，提高动平台的承载能力，增加运动的平稳性，运动精度高。利用螺旋导轨传递动力，将电机转动转化为直线运动，为打印喷头组件提供动力。这种3D打印机器人动平台刚度大，运动精度高，一次可以打印多个产品，是一种新型的3D打印机器人。
附图说明：
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明基座组件示意图；
图3为本发明双联丝杆运动支链组件示意图；
图4为本发明平行四边形运动支链组件示意图；
图5为本发明打印喷头组件示意图；
图6为本发明关节轴承连杆示意图；
图7为本发明关节轴承安装轴示意图；
图8为本发明U型转轴示意图；
图9为本发明短轴示意图；
图10为本发明导轨电机座示意图；
图11为本发明U型滑块示意图；
图12为本发明T型滑块示意图；
图13为本发明L型连接块示意图；
图中：基座组件1、双联丝杆运动支链组件2、平行四边形运动支链组件3、打印喷头组件4、机架5、电机6、联轴器7、螺旋杆8、U型滑块9、导轨10、L型连接块11、U型转轴12、导轨电机座13、直线丝杆电机14、短轴15、T型滑块16、导轨17、关节轴承安装轴18、第一安装轴20、第二安装轴21、第一关节轴承连杆22、第二关节轴承连杆23、动平台24、打印喷头25、销孔26、U型接口27、安装孔28、安装孔29、安装孔30、安装孔31、U型接口32、U型接口33、U型接口34、U型接口35、安装孔36。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步说明。
本发明的技术方案：
基座组件1中，两条关节轴承连杆22、23两端的安装孔28、29分别通过两根安装轴20、21连接，形成球副，整体构成平行四边形；三个竖直布置的U型滑块9分别通过三组构成完全一致的平行四边形运动支链组件3与打印喷头组件动平台的三个U型接口27连接；U型转轴12***L型连接块11的安装孔36，形成转动副；U型转轴的两个U型接口32、33与导轨电机座13的两个U型接口34、35通过短轴15连接，形成转动副；直线丝杆电机14中的螺旋杆19一端与关节轴承安装轴18的安装孔30连接，形成球副；三组构成完全相同的双联丝杆运动支链组件2通过关节轴承安装轴18与动平台上的三个销孔26固定连接；各部件之间的位置及连接如图1所示。
基座组件1如图1、2所示，主要包括：机架5、电机6、联轴器7、螺旋杆8、U型滑块9、导轨10、L型连接块11；电机6固定在机架5上，电机6转动时，通过联轴器7带动螺旋杆8转动，使得U型滑块9沿导轨10做直线运动；L型连接块11通过螺钉固定于机架上；机架总体布置为：上、下两个完全相同的六边形通过竖直导轨连接，三个电机布置在等边三角形的顶点，三个L型连接块布置在六边形的长边的正中间位置。
双联丝杆运动支链组件2如图3所示，主要包括：直线丝杆电机14、螺旋杆19、导轨电机座13、导轨17、T型滑块16、U型转轴12、关节轴承安装轴18、U型接口32、33、U型接口34、35；其中一套丝杆运动支链的构成为：U型转轴12***基座组件1中的L型连接块11的安装孔36，形成转动副；U型转轴12的两个U型接口32、33与导轨电机座13的U型接口34、35通过短轴15连接，形成转动副；直线丝杆电机14固定于导轨电机座13上，螺旋杆19***直线丝杆电机14，通过T型滑块16沿导轨17做直线运动；螺旋杆20的另一端***关节轴承安装轴18的安装孔30中，通过螺母定位，形成球副；两套构成完全相同的丝杆运动的支链构成双联丝杆运动支链组件2；双联丝杆运动支链组件2中的两个直线丝杆电机14的运动完全一致，直线丝杆电机14转动时，螺旋杆19转动，带动关节轴承安装轴18运动，使得动平台24运动。
平行四边形运动支链组件3如图4所示，主要包括：第一关节轴承连杆22、第二关节轴承连杆23、第一安装轴20、第二安装轴21；第一关节轴承连杆22一端的安装孔28与第一安装轴20的一端连接，形成球副；第一关节轴承连杆22另一端的安装孔29与第二安装轴21的另一端连接，形成球副；第二关节轴承连杆与第一、第二安装轴20、21的连接完全一致；竖直布置的U型滑块9运动带动平行四边形运动支链组件3运动，使得动平台24运动；图中4关节轴承连杆与关节轴承安装轴分别如图6、7所示。
打印喷头组件4如图5所示，主要包括：动平台24、打印喷头25、U型接口27、销孔26；动平台24为等边三角形构造，其中三个打印喷头25安装在等边三角形的顶点，一个打印喷头25安装在等边三角形的正中心位置；三个U型接口27分别与三组构成相同平行四边形运动支链组件3中的安装轴固定连接；三个销孔26与分别与三组构成相同的双联丝杆运动支链组件2中的关节轴承安装轴18固定连接。

Claims (5)

1.一种多输出3D打印冗余并联机器人，其特征在于，该机器人包括：基座组件(1)、双联丝杆运动支链组件(2)、平行四边形运动支链组件(3)、打印喷头组件(4)、关节轴承安装轴(18)、关节轴承连杆(22、23)；构成该装置的零部件之间的连接为：
基座组件(1)中，两条关节轴承连杆(22、23)两端的安装孔(28、29)分别通过两根安装轴(20、21)连接，形成球副，整体构成平行四边形；三个竖直布置的U型滑块(9)分别通过三组构成完全一致的平行四边形运动支链组件(3)与打印喷头组件动平台的三个U型接口(27)连接；U型转轴(12)***L型连接块(11)的安装孔(36)，形成转动副；U型转轴的两个U型接口(32、33)与导轨电机座(13)的两个U型接口(34、35)通过短轴(15)连接，形成转动副；直线丝杆电机(14)中的螺旋杆(19)一端与关节轴承安装轴(18)的安装孔(30)连接，形成球副；三组构成完全相同的双联丝杆运动支链组件(2)通过关节轴承安装轴(18)与动平台上的三个销孔(26)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种多输出3D打印冗余并联机器人，其特征在于，基座组件(1)主要包括：机架(5)、电机(6)、联轴器(7)、螺旋杆(8)、U型滑块(9)、导轨(10)、L型连接块(11)；电机(6)固定在机架(5)上，电机(6)转动时，通过联轴器(7)带动螺旋杆(8)转动，使得U型滑块(9)沿导轨(10)做直线运动；L型连接块(11)通过螺钉固定于机架上；机架总体布置为：上、下两个完全相同的六边形通过竖直导轨连接，三个电机布置在等边三角形的顶点，三个L型连接块布置在六边形的长边的正中间位置。
3.根据权利要求1所述的一种多输出3D打印冗余并联机器人，其特征在于，双联丝杆运动支链组件(2)主要包括：直线丝杆电机(14)、螺旋杆(19)、导轨电机座(13)、导轨(17)、T型滑块(16)、U型转轴(12)、关节轴承安装轴(18)、U型接口(32、33)、U型接口(34、35)；其中一套丝杆运动支链的构成为：U型转轴(12)***基座组件(1)中的L型连接块(11)的安装孔(36)，形成转动副；U型转轴(12)的两个U型接口(32、33)与导轨电机座(13)的U型接口(34、35)通过短轴(15)连接，形成转动副；直线丝杆电机(14)固定于导轨电机座(13)上，螺旋杆(19)***直线丝杆电机(14)，通过T型滑块(16)沿导轨(17)做直线运动；螺旋杆(20)的另一端***关节轴承安装轴(18)的安装孔(30)中，通过螺母定位，形成球副；两套构成完全相同的丝杆运动的支链构成双联丝杆运动支链组件(2)；双联丝杆运动支链组件(2)中的两个直线丝杆电机(14)的运动完全一致，直线丝杆电机(14)转动时，螺旋杆(19)转动，带动关节轴承安装轴(18)运动，使得动平台(24)运动。
4.根据权利要求1所述的一种多输出3D打印冗余并联机器人，其特征在于，平行四边形运动支链组件(3)主要包括：第一关节轴承连杆(22)、第二关节轴承连杆(23)、第一安装轴(20)、第二安装轴(21)；第一关节轴承连杆(22)一端的安装孔(28)与第一安装轴(20)的一端连接，形成球副；第一关节轴承连杆(22)另一端的安装孔(29)与第二安装轴(21)的另一端连接，形成球副；第二关节轴承连杆与第一、第二安装轴(20)、21)的连接完全一致；竖直布置的U型滑块(9运动带动平行四边形运动支链组件(3)运动，使得动平台(24)运动。
5.根据权利要求1所述的一种多输出3D打印冗余并联机器人，其特征在于，打印喷头组件(4)主要包括：动平台(24)、打印喷头(25)、销孔(26)、U型接口(27)；动平台(24)为等边三角形构造，其中三个打印喷头(25)安装在等边三角形的顶点，一个打印喷头(25)安装在等边三角形的正中心位置；三个U型接口(27)分别与三组构成相同平行四边形运动支链组件(3)中的安装轴固定连接；三个销孔(26)与分别与三组构成相同的双联丝杆运动支链组件(2)中的关节轴承安装轴(18)固定连接。
多输出3D打印冗余并联机器人中的三个电机转动，带动与之相连的螺旋杆转动，是的竖直布置的U型滑块沿相应的导轨做直线运动，驱动对应的运动支链组件运动；多输出3D打印冗余并联机器人中的三对直线丝杆电机转动，每对直线丝杆电机带动与之相连的螺旋杆运动，使得双联丝杆运动支链组件运动；多输出3D打印冗余并联机器人的各个电机配合运动，带动打印喷头组件运动，使得四个打印喷头实现空间内的平移运动。
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