一种基于3D打印技术的教学用三自由度机器人制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于3D打印技术的教学用三自由度机器人，包括工作台、电机回转装置、回转传动装置、机身旋转座、小臂驱动组件、大臂驱动组件、轴、小臂回转组件、大臂回转组件、驱动臂、三角形连接件、连杆A、连杆B、连杆C以及末端执行器，在机身旋转座中的方形底板上安装有大臂限位开关支架，在大臂限位开关支架内安装有大臂限位开关；在机身旋转座中侧翼A上安装有支撑板，在支撑板上安装有小臂限位开关支架，在小臂限位开关支架内安装有小臂限位开关，在工作台上安装有控制电路板总成。

A three degree of freedom robot for teaching based on 3D printing technology

The utility model discloses a robot with three degrees of freedom 3D printing technology based teaching, including work table, rotary motor device, rotary transmission device, the rotation seat, arm drive assembly, arm drive assembly, shaft, small arm rotating components, rotary arm assembly, a driving arm, connecting piece, triangle the connecting rod connecting rod A, B, C and rod end effector, square bottom in the body in the seat is installed on the rotating arm limit switch bracket, the big arm limit switch is installed inside the bracket arm limit switch is arranged in the body; a supporting plate rotating seat in flanking A, a small arm limit a switch bracket is installed on the supporting plate, the small arm limit switch installed inside the bracket arm limit switch, a control circuit board assembly mounted on the table.

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D打印技术的教学用三自由度机器人
本技术涉及机器人
，具体涉及一种教学用机器人，尤其涉及一种基于3D打印技术的教学用三自由度机器人。
技术介绍
3D打印是一种全新的制造技术，有别于传统机械加工的模式，它是一种增材制造的加工技术。目前，3D打印技术工艺包括熔积成型(FDM)、选区激光烧结(SLS)、立体平板印刷(SLA)等工艺。熔积成型技术(FusedDepositionModeling)是将丝状的热熔性材料加热融化，同时三维喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息，将材料选择性地涂敷在工作台上，快速冷却后形成一层截面。一层成型完成后，机器工作台下降一个高度(即分层厚度)再成型下一层，直至形成整个实体造型。其成型材料种类多，成型件强度高、精度较高，主要适用于成型小塑料件。由于熔积成型工艺具有操作相对简单、维护成本低、材料价格较为便宜等优势，被广泛应用于教育等领域。目前，大多数高校、中等专业学校都开设了机器人实训室。这些实训室采用了ABB、FUNAC等国际知名品牌的工业机器人作为实训设备。由于设备的价格昂贵，实验室购买的设备数量有限，所以在实际教学过程中，平均5-7名学生才能分配到一台工业机器人设备。同时，在机器人组装或维护这类课程中，由于忌惮这些国际知名品牌的机器人价格的昂贵，无法真正的拆装这些设备，直观的了解其内部的真实结构。针对以上不足，开发了一种基于3D打印技术的教学用三自由度机器人，它可以应用于工业机器人的教学实践中。
技术实现思路
本技术的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种基于3D打印技术的教学用三自由度机器人。本技术是通过以下技术方案实现：一种基于3D打印技术的教学用三自由度机器人，包括截面为矩形结构的工作台，在所述工作台的上表面通过螺栓安装有电机回转装置，在所述电机回转装置上安装有回转传动装置，在所述回转传动装置的上方设置有机身旋转座，在所述机身旋转座的一侧安装有小臂驱动组件，在所述机身旋转座的另一侧安装有大臂驱动组件，在轴上安装有小臂回转组件和大臂回转组件，在大臂回转组件中的大臂驱动件的另一端通过转轴安装有驱动臂，并在大臂驱动件的侧面上通过转轴安装有三角形连接件，在机身旋转座中的侧翼A与三角形连接件之间安装有连杆A，在小臂回转组件中的小臂驱动件的另一端与驱动臂的一端之间安装有连杆B，在所述驱动臂的驱动端一侧安装有末端执行器，在所述末端执行器与三角形连接件之间安装有连杆C；在机身旋转座中的方形底板上安装有大臂限位开关支架，在所述大臂限位开关支架内安装有大臂限位开关；在机身旋转座中侧翼A上安装有支撑板，在所述支撑板上安装有小臂限位开关支架，在所述小臂限位开关支架内安装有小臂限位开关；在所述工作台上安装有控制电路板总成。进一步地，所述的电机回转装置包括固定底板、安装在所述固定底板上的门型支架，且所述的门型支架与所述的固定底板是一体成型设置的，在固定底板上加工有多个安装孔，并在所述门型支架上表面的中间位置加工有一个通孔，在通孔上安装有垫板，在所述垫板上安装有机身回转电机，且机身回转电机的电机轴穿过通孔并安装有同步带轮F。进一步地，所述回转传动装置包括调整垫盘，在所述调整垫盘的上方通过螺栓可拆卸安装有轴承连接件，在所述轴承连接件上安装有轴承，且轴承安装在同步带轮A内，所述同步带轮A通过法兰盘轴承安装在所述机身旋转座的下方；在所述同步带轮F与所述同步带轮A之间安装有同步带进行传动。进一步地，所述机身旋转座包括方形底板、侧翼A以及侧翼B，所述侧翼A垂直安装在方向底板的一侧，所述侧翼B垂直安装在所述方形底板的另一侧。进一步地，在侧翼A上安装有小臂驱动组件，所述小臂驱动组件包括L型电机固定座A，在所述L型电机固定座A上安装有小臂驱动电机，所述小臂驱动电机的驱动轴上安装有同步带轮B，且L型电机固定座A安装在所述侧翼A的侧面上。进一步地，在侧翼B上安装有大臂驱动组件，所述大臂驱动组件包括L型电机固定座B，在所述L型电机固定座B上安装有大臂驱动电机，在所述大臂驱动电机的驱动轴上安装有同步带轮C，且L型电机固定座B安装在所述侧翼B的侧面上。进一步地，在机身旋转座的侧翼A和侧翼B之间安装有一根轴，在所述轴上安装有小臂回转组件，所述小臂回转组件包括套装在轴上的回转轴承A、套设在所述回转轴承A外圈上的同步带轮D、套装在所述轴上的回转轴承B和回转轴承C，在所述回转轴承B和回转轴承C的外圈上套设有小臂驱动件，并在所述同步带轮D的侧端上安装有两个限位凸台A，所述小臂驱动件的一侧限制在这两个限位凸台A内；所述同步带轮B与所述同步带轮D之间安装有同步带进行传动。进一步地，在所述轴上安装有大臂回转组件，所述大臂回转组件包括套装在轴上的回转轴承D、套设在所述回转轴承D外圈上的同步带轮E、套装在所述轴上的回转轴承E和回转轴承F，在所述回转轴承E和回转轴承F的外圈上套设有大臂驱动件，并在所述同步带轮E的侧端上安装有两个限位凸台B，所述大臂驱动件的一侧限制在这两个限位凸台B内；所述同步带轮C与所述同步带轮E之间安装有同步带进行传动。进一步地，所述工作台的四个拐角处具有圆角，并在工作台上加工有多个螺栓孔。进一步地，在本技术中，除轴承、螺栓、同步带、工作台之外的其它零件，如小臂驱动件、大臂驱动件、末端执行器、机身旋转座、垫板、固定底板、轴承连接件、调整垫盘、电机固定座A、电机固定座B、同步带轮D、同步带轮E、同步带轮A均采用基于FDM工艺的3D打印技术制作而成。所述3D打印采用的材料为聚乳酸(PLA)，它是一种环保材料，该材料具有良好的机械强度，其密度为1.24g/cm3。其工作原理为：在使用时，启动机身回转电机，电机轴从而带动同步带轮F转动，在同步带的作用下，带动回转传动装置中的同步带轮A转动，在法兰盘轴承的作用下，能够带动机身旋转座进行旋转，从而带动整个驱动臂进行旋转。通过启动小臂驱动组件中的小臂驱动电机，在电机轴的作用下带动同步带轮B转动，在同步带的作用下，带动同步带轮D转动，同理，通过启动大臂驱动组件中的大臂驱动电机，在电机轴的作用下带动同步带轮C转动，在同步带的作用下，带动同步带轮E转动。当同步带轮D转动时，能够带动小臂回转组件中的小臂驱动件运动，同理，当同步带轮E转动时，能够带动大臂回转组件中的大臂驱动件运动。这样能够调节连杆B的位置，从而能够调节驱动臂的角度，在驱动臂前端安装有末端执行器，末端执行器可以利用紧定螺栓来固定书写笔。与现有的技术相比，本技术的有益效果是：本技术通过设置有三个电机给各个旋转关节提供动力，各个电机同步带传动系统传递动力，各个旋转关节处安装有轴承，末端执行器可以利用紧定螺栓来固定书写笔；机器人的控制电路板总成用于接收用户指令，实现机器人的各个关节的协调运动，且本技术中的主要零部件采用了基于FDM工艺的3D打印技术，在保证本体机构强度的同时，提高了机器人本体外观的可观赏性，减小了机器人的重量，降低了机器人的成本。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为本技术中电机回转装置的爆炸图；图3为本技术中回转传动装置的爆炸图；图4为本技术中机身旋转座的爆炸图；图5为本技术中小臂驱动组件的爆炸图；图6为本技术中大臂驱动组件的爆炸图；图7本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于3D打印技术的教学用三自由度机器人，其特征在于：包括截面为矩形结构的工作台(1)，在所述工作台(1)的上表面通过螺栓安装有电机回转装置(5)，在所述电机回转装置(5)上安装有回转传动装置(6)，在所述回转传动装置(6)的上方设置有机身旋转座(7)，在所述机身旋转座(7)的一侧安装有小臂驱动组件(3)，在所述机身旋转座(7)的另一侧安装有大臂驱动组件(4)，在轴(2)上安装有小臂回转组件(8)和大臂回转组件(9)，在大臂回转组件(9)中的大臂驱动件(905)的另一端通过转轴安装有驱动臂(10)，并在大臂驱动件(905)的侧面上通过转轴安装有三角形连接件(11)，在机身旋转座(7)中的侧翼A(702)与三角形连接件(11)之间安装有连杆A(12)，在小臂回转组件(8)中的小臂驱动件(805)的另一端与驱动臂(10)的一端之间安装有连杆B(13)，在所述驱动臂(10)的驱动端一侧安装有末端执行器(14)，在所述末端执行器(14)与三角形连接件(11)之间安装有连杆C(15)；在机身旋转座(7)中的方形底板(701)上安装有大臂限位开关支架(16)，在所述大臂限位开关支架(16)内安装有大臂限位开关(161)；在机身旋转座(7)中侧翼A(702)上安装有支撑板(17)，在所述支撑板(17)上安装有小臂限位开关支架(18)，在所述小臂限位开关支架(18)内安装有小臂限位开关(181)；在所述工作台(1)上安装有控制电路板总成(19)。...

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印技术的教学用三自由度机器人，其特征在于：包括截面为矩形结构的工作台(1)，在所述工作台(1)的上表面通过螺栓安装有电机回转装置(5)，在所述电机回转装置(5)上安装有回转传动装置(6)，在所述回转传动装置(6)的上方设置有机身旋转座(7)，在所述机身旋转座(7)的一侧安装有小臂驱动组件(3)，在所述机身旋转座(7)的另一侧安装有大臂驱动组件(4)，在轴(2)上安装有小臂回转组件(8)和大臂回转组件(9)，在大臂回转组件(9)中的大臂驱动件(905)的另一端通过转轴安装有驱动臂(10)，并在大臂驱动件(905)的侧面上通过转轴安装有三角形连接件(11)，在机身旋转座(7)中的侧翼A(702)与三角形连接件(11)之间安装有连杆A(12)，在小臂回转组件(8)中的小臂驱动件(805)的另一端与驱动臂(10)的一端之间安装有连杆B(13)，在所述驱动臂(10)的驱动端一侧安装有末端执行器(14)，在所述末端执行器(14)与三角形连接件(11)之间安装有连杆C(15)；在机身旋转座(7)中的方形底板(701)上安装有大臂限位开关支架(16)，在所述大臂限位开关支架(16)内安装有大臂限位开关(161)；在机身旋转座(7)中侧翼A(702)上安装有支撑板(17)，在所述支撑板(17)上安装有小臂限位开关支架(18)，在所述小臂限位开关支架(18)内安装有小臂限位开关(181)；在所述工作台(1)上安装有控制电路板总成(19)。2.根据权利要求1所述的一种基于3D打印技术的教学用三自由度机器人，其特征在于：所述的电机回转装置(5)包括固定底板(501)、安装在所述固定底板(501)上的门型支架(502)，且所述的门型支架(502)与所述的固定底板(501)是一体成型设置的，在固定底板(501)上加工有多个安装孔，并在所述门型支架(502)上表面的中间位置加工有一个通孔(503)，在通孔(503)上安装有垫板(504)，在所述垫板(504)上安装有机身回转电机(505)，且机身回转电机(505)的电机轴穿过通孔(503)并安装有同步带轮F(506)。3.根据权利要求2所述的一种基于3D打印技术的教学用三自由度机器人，其特征在于：所述回转传动装置(6)包括调整垫盘(601)，在所述调整垫盘(601)的上方通过螺栓可拆卸安装有轴承连接件(602)，在所述轴承连接件(602)上安装有轴承(603)，且轴承(603)安装在同步带轮A(604)内，所述同步带轮A(604)通过法兰盘轴承(605)安装在所述机身旋转座(7)的下方；在所述同步带轮F(506)与所述同步带轮A(604)之间安装有同步带进行传动。4.根据权利要求3所述的一种基于3D打印技术的教学用三自由度机器人，其特征在于：所述机身旋转座(7)包括方形底板(701)、...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘天宋，
申请(专利权)人：常州刘国钧高等职业技术学校，
类型：新型
国别省市：江苏,32