一种应用于机械臂上的快速网格化成形工具及方法技术

本发明专利技术涉及一种应用于机械臂上的进行快速网格化成形工具，包括材料挤出装置、材料加热装置、材料冷却装置、单片机、支架和两路继电器，单片机固定于侧盖板二外壁上；材料挤出装置包括挤出机和风扇，风扇固定于挤出机上，挤出机和风扇通过支撑片安装于下盖板外壁上；材料加热装置包括电加热块、热敏电阻和喷头，喷头安装于电加热块的出料口上；电加热块连接两路继电器的供电输出端，热敏电阻连接单片机；材料冷却装置包括涡流管和出风管，单片机分别连接六轴机械臂的信号输出端、热敏电阻、挤出机的信号输入端、两路继电器的控制信号输入端。成形工具的方法具体为：目标形体三角网格化，生成网格化电子模型；设置机械臂加工模块；调整本工具至工作状态。本发明专利技术构思新颖，操作方便。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于机械臂上的快速网格化成形工具及方法
本专利技术主要涉及快速成形领域，具体是一种应用于机械臂上的快速网格化成形工具及方法。
技术介绍
目前的快速成形技术主要原理是将计算机内的三维数据模型进行分层切片得到各层截面的轮廓数据，计算机据此信息控制激光器（或喷嘴）有选择性地烧结一层接一层的粉末材料（或固化一层又一层的液态光敏树脂，或切割一层又一层的片状材料，或喷射一层又一层的热熔材料或粘合剂）形成一系列具有一个微小厚度的片状实体，再采用熔结、聚合、粘结等手段使其逐层堆积成一体，便可以制造出所设计的新产品样件、模型或模具。目前这样的工艺在强度和精度上都可以达到一个较高的水准，而最大的问题在于加工速度，一个二十多公分的产品动辄十几个小时的加工时间是目前的各种快速成形设备普遍存在的情况。目前的快速成形设备可以达到很高的加工精度，但某些特殊的时候，精度并没有那么高的要求，但需要很快的加工速度时，还没有理想的快速成形设备来满足这种要求。总体来说，目前已有的常见快速成形设备存在的不足之处为：（1）速度十分缓慢；（2）可加工的尺寸十分有限。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种应用于机械臂上的进行快速网格化成形工具及方法，可以实现将任意实体的表明进行三角形网格化，然后通过本专利技术快速的将网格成形，产生一个与目标形体基本一致的网格体。本专利技术提出的应用于机械臂上的进行快速网格化成形工具，包括材料挤出装置、材料加热装置、材料冷却装置、电子控制器、支架和两路继电器，其中：支架为由上盖板5、下盖板7、两个前后盖板3、侧盖板二6、侧盖板一4和顶部连接件2连接组成的框架结构，各个盖板之间通过预留的孔槽用直角连接件和螺丝相互连接固定，所述支架通过法兰盘1连接至六轴机械臂上；电子控制器为单片机8，其通过螺丝固定于侧盖板二4外壁上；材料挤出装置包括挤出机16和风扇9，风扇9通过螺丝固定于挤出机16上，挤出机16上留有第一进料口和第一出料口；挤出机16和风扇9通过支撑片15和螺栓12安装于下盖板7外壁上；材料加热装置包括电加热块17、热敏电阻18和喷头19，电加热块17上设有预留孔，热敏电阻18安装于电加热块17上的预留孔内，电加热块17上设有第二进料口和第二出料口，第二进料口通过中空螺纹铜管连接挤出机16的第一出料口，喷头19安装于电加热块17的第二出料口上；电加热块17连接至两路继电器20的供电输出端上，热敏电阻18连接至单片机8上；材料冷却装置包括涡流管10、涡流管固定件11、出风管13和出风管固定件14，涡流管10通过涡流管固定件11和螺丝固定于侧盖板二6上，涡流管10的入风口连接高压气泵；出风管13插在涡流管10的出风口上，同时通过出风管固定件14固定在支撑片15上，使出风管13的出风口对准喷头19的喷口处；单片机8分别连接六轴机械臂的信号输出端、热敏电阻18、挤出机16的信号输入端、两路继电器20的控制信号输入端。本专利技术提出的应用于机械臂上的进行快速网格化成形工具的方法，具体步骤如下：（1）目标形体三角网格化，生成网格化电子模型；将目标形体通过写好的基于Grasshopper算法建模平台的处理模块对目标形体表面进行三角网格化，得到网格化模型；为使网格化模型有更好的强度，将得到的网格化模型导入到结构优化软件Millipede中进行结构强度模拟和网格密度优化，在目标形体强度较脆弱的地方增加网格密度，从而得到最终的网格化电子模型；（2）设置机械臂加工模块：将步骤(1)得到的网格化电子模型导入到机械臂辅助软件KUKAprc中，软件KUKAprc可以将三角网格化之后的模型转换为机械臂的运动路径模块，该运动路径模块可以控制机械臂沿三角网格路径移动；再将控制本快速成形工具工作状态的模块语句输入至机械臂加工模块中，即完成机械臂加工模块的设置；（3）调整本工具至工作状态：本工具的工作过程分为三个部分：材料挤出--材料加热--材料冷却，将机械臂加工模块输入至机械臂中，运行加工模块，加工模块发出指令，通过机械臂信号输出端输出至单片机8，单片机8发出信号给两路继电器20，两路继电器20首先开始接通电加热块17的供电，电加热块17通电后开始升温，安装在电加热块17上的热敏电阻18将温度变化信号转化为电信号发送给单片机8，单片机8监控电加热块17的温度，当温度达到240℃时发出信号给两路继电器20，两路继电器20断开电加热块17的供电线路，当温度低于220℃时，单片机8发出信号给两路继电器20，两路继电器20接通电加热块17的供电线路；让电加热块17的温度控制在220℃到240℃之间；电加热块17温度稳定后，单片机8发出指令给两路继电器20，两路继电器20接通挤出机16的供电线路，挤出机16开始挤出ABS线材，将ABS线材挤入电加热块17中，ABS线材通过电加热块17时被熔融，然后再通过喷头19挤出，挤出的熔融ABS被经过涡流管10喷出的冷风迅速冷却凝固定形；（4）使用机械臂携带本工具进行快速成形工作；继续运行机械臂加工模块，机械臂开始携带本工具开始沿着加工模块预设的三角网格化路径从下往上开始运动，运动过程中，本工具挤出的熔融ABS材料也沿着该路径凝固定形，运动置路径转折点时，机械臂停顿1秒，等待挤出的熔融ABS材料完全凝固定形，这1秒中前0.5秒本工具停止挤出ABS材料，后0.5秒恢复挤出ABS材料；在路径转折点停顿1秒结束后继续运动，直至走完加工模块预设的全部运动路径，完成网格化成形。由于使用网格化成形和快速冷却，需要成形的形体可以较快速度的完成成形工作。本专利技术的有益效果在于：1.由于使用网格化成形和快速冷却，需要成形的形体可以较快速度的完成成形工作；2.六轴机械臂的运动范围较大，因此应用于六轴机械臂上的本工具可以完成较大尺寸形体的成形工作，具体的最大尺寸取决于使用的六轴机械臂的工作范围。附图说明图1为本专利技术的各部分拆分轴侧图。图2为本专利技术的轴侧图。图3为本专利技术安装在六轴机械臂上的工作状态图。图4为本专利技术的工作流程。图中标号：1为法兰盘；2为顶部连接件；3为前后盖板；4为侧盖板一；5为上盖板；6为侧盖板二；7为下盖板；8为单片机；9为风扇；10为涡流管；11为涡流管固定件；12为螺栓；13为出风管；14为出风管固定件；15为支撑片；16为挤出机；17为电加热块；18为热敏电阻；19为喷头；20为两路继电器。具体实施方式下面结合附图进一步说明本专利技术。实施例1：如图1和图2所示，所述工具具体包括材料挤出装置，材料加热装置，材料冷却装置，电子控制器和支架五个部分。本专利技术中所用到的成形材料为常用3D打印材料ABS。支架由上盖板5、下盖板7、两个前后盖板3、侧盖板二6、侧盖板一4和顶部连接件2，各个盖板均由5mm厚亚克力板激光切割加工而成，各个盖板之间通过预留的孔槽用直角连接件和螺丝相互连接固定，然后整体通过法兰盘1连接至六轴机械臂上。材料挤出装置包括挤出机16和风扇9，风扇9通过螺丝固定在挤出机16上，挤出机16上留有第一进料口和第二出料口。挤出机16和风扇9通过支撑片15和螺栓12安装在下盖板7上。材料加热装置包括电加热块17，热敏电阻18和喷头19。电加热块17连接至两路继电器20的供电输出端上，电加热块17上留有孔，热敏电阻18安装在电加热块1本文档来自技高网...

【技术保护点】
应用于机械臂上的进行快速网格化成形工具，包括材料挤出装置、材料加热装置、材料冷却装置、电子控制器、支架和两路继电器，其特征在于：支架为由上盖板(5)、下盖板(7)、两个前后盖板(3)、侧盖板二(6)、侧盖板一(4)和顶部连接件(2)连接组成的框架结构，各个盖板之间通过预留的孔槽用直角连接件和螺丝相互连接固定，所述支架通过法兰盘(1)连接至六轴机械臂上；电子控制器为单片机(8)，其通过螺丝固定于侧盖板二(4)外壁上；材料挤出装置包括挤出机(16)和风扇(9)，风扇(9)通过螺丝固定于挤出机(16)上，挤出机(16)上留有第一进料口和第一出料口；挤出机(16)和风扇(9)通过支撑片(15)和螺栓(12)安装于下盖板(7)外壁上；材料加热装置包括电加热块(17)、热敏电阻(18)和喷头(19)，电加热块(17)上设有预留孔，热敏电阻(18)安装于电加热块(17)上的预留孔内，电加热块(17)上设有第二进料口和第二出料口，第二进料口通过中空螺纹铜管连接挤出机(16)的第一出料口，喷头(19)安装于电加热块(17)的第二出料口上；电加热块(17)连接至两路继电器(20)的供电输出端上，热敏电阻(18)连接至单片机(8)上；材料冷却装置包括涡流管(10)、涡流管固定件(11)、出风管(13)和出风管固定件(14)，涡流管(10)通过涡流管固定件(11)和螺丝固定于侧盖板二(6)上，涡流管(10)的入风口连接高压气泵；出风管(13)插在涡流管(10)的出风口上，同时通过出风管固定件(14)固定在支撑片(15)上，使出风管(13)的出风口对准喷头(19)的喷口处；单片机(8)分别连接六轴机械臂的信号输出端、热敏电阻(18)、挤出机(16)的信号输入端、两路继电器(20)的控制信号输入端。...

【技术特征摘要】
1.应用于机械臂上的进行快速网格化成形工具，包括材料挤出装置、材料加热装置、材料冷却装置、电子控制器、支架和两路继电器，其特征在于：支架为由上盖板(5)、下盖板(7)、前盖板、后盖板、侧盖板二(6)、侧盖板一(4)和顶部连接件(2)连接组成的框架结构，各个盖板之间通过预留的孔槽用直角连接件和螺丝相互连接固定，所述支架通过法兰盘(1)连接至六轴机械臂上；电子控制器为单片机(8)，其通过螺丝固定于侧盖板二(4)外壁上；材料挤出装置包括挤出机(16)和风扇(9)，风扇(9)通过螺丝固定于挤出机(16)上，挤出机(16)上留有第一进料口和第一出料口；挤出机(16)和风扇(9)通过支撑片(15)和螺栓(12)安装于下盖板(7)外壁上；材料加热装置包括电加热块(17)、热敏电阻(18)和喷头(19)，电加热块(17)上设有预留孔，热敏电阻(18)安装于电加热块(17)上的预留孔内，电加热块(17)上设有第二进料口和第二出料口，第二进料口通过中空螺纹铜管连接挤出机(16)的第一出料口，喷头(19)安装于电加热块(17)的第二出料口上；电加热块(17)连接至两路继电器(20)的供电输出端上，热敏电阻(18)连接至单片机(8)上；材料冷却装置包括涡流管(10)、涡流管固定件(11)、出风管(13)和出风管固定件(14)，涡流管(10)通过涡流管固定件(11)和螺丝固定于侧盖板二(6)上，涡流管(10)的入风口连接高压气泵；出风管(13)插在涡流管(10)的出风口上，同时通过出风管固定件(14)固定在支撑片(15)上，使出风管(13)的出风口对准喷头(19)的喷口处；单片机(8)分别连接六轴机械臂的信号输出端、热敏电阻(18)、挤出机(16)的信号输入端、两路继电器(20)的控制信号输入端。2.一种如权利要求1所述的应用于机械臂上的进行快速网格化成形工具的方法，其特征在于具体步骤如下：（1）目标形体三角网格化，生成网格化电子模型；将目标形体通过写好的基于Grasshopper算法建模平台的处理模块对目标形体表面进行三角网格化，得到网格化模型；为使网格化模型有更好的强度，将得到的网格化模型导入到结构优化软件Millipede中进行结构强度模拟和网格密度...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁烽，张立名，孟浩，
申请(专利权)人：同济大学，上海创盟国际建筑设计有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31