一种可重构3D打印并联机器人机构制造技术

本发明专利技术公开了一种可重构3D打印并联机器人机构，包括固定平台和运动平台，两个平台通过固定自由度支链、第一变胞支链、第二变胞支链相连，三个支链两两相邻呈90°放置并通过螺栓连接在固定平台上,第一变胞支链、第二变胞支链、固定自由度支链的顶部分别通过第一连接杆、第二连接杆、第三连接杆与运动平台相连。作业时，选取球面五杆机构与第二底板相连的第一、第二转动副为输入副，通过锁死或驱动变胞支链上的第一转动副、第二转动副时，顶部的运动平台可以具有具有3T2R运动、3T1R运动和3T运动三种构态的切换，其中3T1R运动包括旋转方向不同的两种构态方式，从而适应不同性质表面作业，具备根据操作任务变化而变换其拓扑结构和自由度的能力。

A Reconfigurable 3D Printing Parallel Robot Mechanism

【技术实现步骤摘要】
一种可重构3D打印并联机器人机构
本专利技术涉及机构学与机器人学
，尤其涉及一种可重构3D打印并联机器人机构。
技术介绍
随着工业4.0和中国制造2025的提出，智能制造与机器人成为制造业发展的主题，智能机器人、无人机、3D打印机器人也逐步成为社会所关注的热点。传统3D打印机器人一般为串联式结构，为提高3D打印的速度，Delta并联机器人被应用于3D打印机设计，例如目前广泛应用的三角洲3D打印机。无论是采用串联结构还是并联结构，目前大部分3D打印机器人的打印头姿态为固定，其具有如下明显不足：(1)打印产品表面质量差。对于三维实体中一些不垂直于打印头的表面，单向分层3D打印会出现不光滑的台阶，影响产品的光滑度和表面精度。(2)在有些零件上增加几何特征比较困难。零件在使用过程中出现损坏等情况时，可通过3D打印进行修复，在此过程中如不改变打印头的姿态，打印头与零件已有实体特征间可能会发生干涉。(3)打印产品的力学性能具有方向性。例如采用FDM(熔融沉积造型)技术打印产品，材料特性取决于打印方向。因此在3D打印作业时，根据不同的作业任务需求，在不同性质表面作业时，机器人末端执行器所需要的自由度是不同的。例如作业面为平面时，末端执行器具有3T(表示运动时，字母T代表移动)运动能力即可；作业面为直纹面时，末端执行器需具有3T1R(表示运动时，字母R代表转动)运动能力；作业面为自由曲面时，末端执行器需具备3T2R运动能力。传统的3D打印装备一般为固定自由度装备，不具备根据操作任务变化而变换其拓扑结构和自由度的能力。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种可重构3D打印并联机器人机构，其可根据实际工程的不同操作任务需求变换其操作模式和自由度。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术一种可重构3D打印并联机器人机构，包括固定平台和运动平台，所述固定平台和运动平台通过固定自由度支链、第一变胞支链、第二变胞支链相连，所述固定自由度支链、第一变胞支链、第二变胞支链两两相邻呈90°放置并通过螺栓连接在所述固定平台的定位槽中,所述第一变胞支链、第二变胞支链、固定自由度支链的顶部分别通过第一连接杆、第二连接杆、第三连接杆与所述运动平台相连；第一变胞支链、第二变胞支链的结构一致，均包括一个变胞五杆机构和一个二连杆机构，所述变胞五杆机构的顶部通过所述二连杆机构与所述运动平台相连。进一步的，所述固定自由度支链包括第一底板、平面五杆机构、第八连杆和第五连杆，所述平面五杆机构安装在所述第一底板上；所述平面五杆机构包括第一T字杆、第二T字杆、第一U字杆、第二U字杆、第六连杆和第七连杆，所述第一T字杆、第二T字杆平行布置且底部均连接在所述第一底板上，所述第一T字杆和所述第一U字杆通过第一直线转动副相连，所述第二T字杆和所述第二U字杆通过第二直线转动副相连，所述第一U字杆和所述第六连杆的底端通过第十二转动副相连，所述第二U字杆和第七连杆的底端通过第十三转动副相连，所述第六连杆和第七连杆的顶端通过第十四转动副相连；所述第八连杆的一端连接在所述平面五杆机构的第十四转动副上，所述第八连杆的另一端与所述第五连杆的一端通过第十一转动副相连，所述第九连杆的另一端连接有第十五转动副相连，所述第十五转动副与所述第三连接杆相连。再进一步的，所述变胞五杆机构包括包括第二底板、第一球面五杆机构、第二球面五杆机构、两个连架杆和两个连杆，所述第一球面五杆机构和第二球面五杆机构并排设置连接在所述第二底板上，所述第一球面五杆机构和第二球面五杆机构上分别连接有第一连架杆和第二连架杆，所述第一连架杆通过第六转动副与第一连杆连接，所述第二连架杆通过第七转动副与第二连杆连接，所述第一连杆和所述第二连杆的顶端通过第八转动副连接；所述二连杆机构包括第三连杆和第四连杆，所述第三连杆的一端连接在所述第八转动副上，所述第三连杆的另一端和所述第四连杆的一端通过第九转动副连接，所述第四连杆的另一端连接有第十转动副连接，所述第十转动副与所述第一连接杆连接。再进一步的，所述第一球面五杆机构包括垂直固定在所述第二底板上的第一直杆A和第二直杆A；所述第一直杆A的端头通过第一转动副A连接有第一弯杆A的一端，所述第二直杆A的端头通过第二转动副A连接有第二弯杆A的一端；所述第一弯杆A的另一端通过第三转动副A连接有第三弯杆A的一端，所述第二弯杆A的另一端通过第四转动副A连接有第四弯杆A的一端，所述第四弯杆A的另一端与所述第三弯杆A的另一端通过第五转动副A连接；所述第一弯杆A、第二弯杆A、第三弯杆A和第四弯杆A的弯角角度均为90°；所述第一连架杆的下端固定在第四弯杆A的弯角处，且第一连架杆向上垂直于第四弯杆A所在的平面；所述第二球面五杆机构与所述第一球面五杆机构结构完全相同，包括垂直固定在所述第二底板上的第一直杆B和第二直杆B；所述第一直杆B的端头通过第一转动副B连接有第一弯杆B的一端，所述第二直杆B的端头通过第二转动副B连接有第二弯杆B的一端；所述第一弯杆B的另一端通过第三转动副B连接有第三弯杆B的一端，所述第二弯杆B的另一端通过第四转动副B连接有第四弯杆B的一端，所述第四弯杆B的另一端与所述第三弯杆B的另一端通过第五转动副B连接；所述第一弯杆B、第二弯杆B、第三弯杆B和第四弯杆B的弯角角度均为90°；所述第二连架杆的下端固定在第四弯杆B的弯角处，且第二连架杆向上垂直于第四弯杆B所在的平面；所述第六转动副、第七转动副、第八转动副、第四转动副A、第四转动副B的轴线平行，所述第二转动副A和第二转动副B同轴布置且转角相同，所述第一转动副A和第一转动副B的轴线平行。再进一步的，所述第一连架杆和第二连架杆的规格相同，所述第一连杆和所述第二连杆的规格相同。再进一步的，所述第二底板上设置有两个避空孔，两个所述避空孔位于所述第一球面五杆机构和第二球面五杆机构的正下方。再进一步的，所述第一变胞支链以所述固定平台的中轴线顺时针旋转90°后与所述第二变胞支链重合。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果：本专利技术一种可重构3D打印并联机器人机构，包括固定平台和运动平台，固定平台上连接有固定自由度支链、第一变胞支链和第二变胞支链，固定自由度支链包括第一底板、平面五杆机构、第八连杆和第五连杆，平面五杆机构安装在所述第一底板上；变胞支链包括包括一个变胞五杆机构和一个二连杆机构，变胞五杆机构的顶部通过二连杆机构与运动平台相连；变胞五杆机构包括包括第二底板、第一球面五杆机构、第二球面五杆机构、两个连架杆和两个连杆；作业时，选取球面五杆机构与第二底板相连的第一、第二转动副为输入副，通过锁死或驱动变胞支链上的第一转动副、第二转动副时，顶部的运动平台可以具有具有3T2R运动、3T1R运动和3T运动(表示运动时，T代表移动，R代表转动)三种构态的切换，其中3T1R运动包括旋转方向不同的两种构态方式，从而适应不同性质表面作业，具备根据操作任务变化而变换其拓扑结构和自由度的能力。附图说明下面结合附图说明对本专利技术作进一步说明。图1为本专利技术可重构3D打印并联机器人机构结构示意图；图2为本专利技术第一变胞支链结构示意图；图3为本专利技术固定自由度支链结构示意图；附图标记说明：1、固定平台；2、运动平台；3、固定自由度支链；4、第一变胞支链；5、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可重构3D打印并联机器人机构，其特征在于：包括固定平台(1)和运动平台(2)，所述固定平台(1)和运动平台(2)通过固定自由度支链(3)、第一变胞支链(4)、第二变胞支链(5)相连，所述固定自由度支链(3)、第一变胞支链(4)、第二变胞支链(5)两两相邻呈90°放置并通过螺栓连接在所述固定平台(1)的定位槽中,所述第一变胞支链(4)、第二变胞支链(5)、固定自由度支链(3)的顶部分别通过第一连接杆(6)、第二连接杆(7)、第三连接杆(8)与所述运动平台(2)相连；第一变胞支链(4)、第二变胞支链(5)的结构一致，均包括一个变胞五杆机构和一个二连杆机构，所述变胞五杆机构的顶部通过所述二连杆机构与所述运动平台(2)相连。

【技术特征摘要】
1.一种可重构3D打印并联机器人机构，其特征在于：包括固定平台(1)和运动平台(2)，所述固定平台(1)和运动平台(2)通过固定自由度支链(3)、第一变胞支链(4)、第二变胞支链(5)相连，所述固定自由度支链(3)、第一变胞支链(4)、第二变胞支链(5)两两相邻呈90°放置并通过螺栓连接在所述固定平台(1)的定位槽中,所述第一变胞支链(4)、第二变胞支链(5)、固定自由度支链(3)的顶部分别通过第一连接杆(6)、第二连接杆(7)、第三连接杆(8)与所述运动平台(2)相连；第一变胞支链(4)、第二变胞支链(5)的结构一致，均包括一个变胞五杆机构和一个二连杆机构，所述变胞五杆机构的顶部通过所述二连杆机构与所述运动平台(2)相连。2.根据权利要求1所述的可重构3D打印并联机器人机构，其特征在于：所述固定自由度支链(3)包括第一底板(301)、平面五杆机构、第八连杆(313)和第五连杆(314)，所述平面五杆机构安装在所述第一底板(301)上；所述平面五杆机构包括第一T字杆(302)、第二T字杆(303)、第一U字杆(306)、第二U字杆(307)、第六连杆(308)和第七连杆(309)，所述第一T字杆(302)、第二T字杆(303)平行布置且底部均连接在所述第一底板(301)上，所述第一T字杆(302)和所述第一U字杆(306)通过第一直线转动副(304)相连，所述第二T字杆(303)和所述第二U字杆(307)通过第二直线转动副(305)相连，所述第一U字杆(306)和所述第六连杆(308)的底端通过第十二转动副(310)相连，所述第二U字杆(307)和第七连杆(309)的底端通过第十三转动副(311)相连，所述第六连杆(308)和第七连杆(309)的顶端通过第十四转动副(312)相连；所述第八连杆(313)的一端连接在所述平面五杆机构的第十四转动副(312)上，所述第八连杆(313)的另一端与所述第五连杆(314)的一端通过第十一转动副(315)相连，所述第九连杆(314)的另一端连接有第十五转动副(316)相连，所述第十五转动副(316)与所述第三连接杆(8)相连。3.根据权利要求1所述的可重构3D打印并联机器人机构，其特征在于：所述变胞五杆机构包括包括第二底板(401)、第一球面五杆机构(402)、第二球面五杆机构(403)、两个连架杆和两个连杆，所述第一球面五杆机构(402)和第二球面五杆机构(403)并排设置连接在所述第二底板(401)上，所述第一球面五杆机构(402)和第二球面五杆机构(403)上分别连接有第一连架杆(404)和第二连架杆(407)，所述第一连架杆(404)通过第六转动副(408)与第一连杆(405)连接，所述第二连架杆(407)通过第七转动副(409)与第二连杆(406)连接，所述第一连杆(405)和所述第二连杆(406)的顶端通过第八转动副(410)连接；所述二连杆机构包括第三连杆(411)和第四连杆(412)，所述第三连杆(411)的一端连接在所述第八转动副(410)上，所述第三连杆(411)的另一端和所述第四连杆(412)的一端通过第九转动副(413)连接，所述第四连杆(412)的另一端连接有第十转动副(414)连接，所述第十转动副(414)与所述第一连接杆(6)连接。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏志辉，王冰，丁红军，
申请(专利权)人：北华航天工业学院，
类型：发明
国别省市：河北,13