沥青路面早期裂缝及轻度坑槽修补挤出式3D打印机器人制造技术

本实用新型专利技术提供了一种沥青路面早期裂缝及轻度坑槽修补挤出式3D打印机器人设计构想，提出了一种能广泛应用于沥青路面破损处修补养护的高自动化水平、高精度、可控性强的修补方案；克服了现有龙门式三轴3D打印机器人用于沥青路面早期裂缝和轻度坑槽原位修补养护工程中缺乏机动性、灵活性、受三轴尺寸限制的问题；较传统的熔融沥青而言，本装置采用的固态沥青颗粒对储存和运输的条件要求较低，即用即熔，减轻了沥青储存和运输过程中的老化现象，保证沥青材料质量；本装置通过主要由板式吸收塔和活性炭箱组成的废气净化组件对沥青加热产生的烟气进行处理，减轻了其对环境和施工人员生命健康的影响。员生命健康的影响。员生命健康的影响。

【技术实现步骤摘要】
沥青路面早期裂缝及轻度坑槽修补挤出式3D打印机器人


[0001]本技术涉及道路养护
，尤其涉及一种沥青路面早期裂缝及轻度坑槽修补挤出式3D打印机器人。

技术介绍

[0002]沥青路面性能在车辆荷载和水温循环作用下会发生退化，形成裂缝、坑槽等路面病害，不仅严重影响道路的路用性能，如果不及时对受损部位进行养护修复，在荷载的作用下路面病害会快速发展，给养护工作带来更多的困难。伴随着公路交通的飞速发展和我国机动车保有量的增加，公路养护任务日益繁重。常见的沥青路面裂缝处治措施有贴缝、灌缝、带状挖补等，坑槽处治主要通过铣刨、清理、填料、压实的施工工序来完成。这些传统方式劳动密集的特征较为明显，需要施工人员在分散的养护地点进行长时间现场施工，不仅受到环境的制约，由于路面病害常出现在车辆来往密集处，施工人员承受较大的安全风险；传统路面病害养护措施易出现材料浪费和填灌不到位等现象，导致费用增加和修补不彻底等问题；考虑养护工程中人力、设备的投入性价比，实际工程中往往在沥青路面裂缝、坑槽发展到中后期才进行修补，难以实现“治早治小”的预防性养护。目前缺乏一种能广泛应用于沥青路面早期裂缝和轻度坑槽修补的高自动化水平、高精度、可控性强的修补方案。
[0003]3D打印技术是以建立数字空间模型为基础，采用呈流体、粉末、长丝、板体等状态的各种材料，通过逐层打印方式构建空间实体的快速成型技术，区别于减材制造对原材料进行剪切，刨凿，打磨等的加工过程，其重点在于材料沿成型方向的逐层叠加，根据ISO/ASTM 52900
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2015，将常用的50多种不同的3D打印技术分为七类：粘合剂喷射、定向能量沉积、材料挤压、材料喷射、光固化、粉末床熔融和薄板层压。其中材料挤压技术是将塑性材料呈长丝状挤出至打印平台，逐层凝固成型构件的技术，成本低廉，可选材料种类多，除了常见的ABS、PLA、TPU等热塑性材料，该技术在水泥砂浆、液态金属、陶瓷、药物等的打印中也取得了良好的效果。沥青是一种粘弹塑性材料，其流变特性随着温度变化而变化。随着温度的升高，沥青逐渐由固态转化为粘流态，甚至呈牛顿流体状态；反之，其状态可逆。由于具备逐层挤出成型的能力，沥青可以作为3D打印材料。
[0004]将3D打印技术应用于沥青路面早期裂缝及轻度坑槽的修补，能够提高工程的自动化水平，减少对人工的依赖性、增加施工的安全性、降低环境的制约性；通过将3D打印头深入沥青路面破损处进行对自下而上的逐层填补，沥青得以填入路面全破损处，具有良好的修补效果和较高的材料利用率；能有效减少人力成本和传统设备的运输和使用，可广泛用于预防性养护工程，对沥青路面裂缝和轻度坑槽进行针对性修补，延缓道路损坏进程，保持或改进路面功能，延长道路使用寿命。因此基于沥青材料的3D打印技术在沥青路面早期裂缝及轻度坑槽修补养护工程中具有广阔的应用前景。
[0005]目前用于沥青材料3D打印的设备主要为实验室内使用的龙门式三轴机器人，此类设备机动性、灵活性较差，打印范围受到三轴尺寸限制，不适用于沥青路面早期裂缝和轻度坑槽的现场修补；其料仓中主要储存熔融态沥青，对储存条件要求较为苛刻，不仅加剧了沥
青老化问题，影响沥青质量，而且加热和保温熔融态沥青还需消耗大量的能量；此外，由于缺乏沥青废气处理组件，现有设备无法对沥青加热过程中产生的有毒有害烟气进行处理，可能会对使用者健康和环境造成威胁。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本技术拟解决的技术问题是，提出一种沥青路面早期裂缝及轻度坑槽修补挤出式3D打印机器人。
[0007]本技术解决所述技术问题采用的技术方案为：
[0008]一种沥青路面早期裂缝及轻度坑槽修补挤出式3D打印机器人，包括履带车底盘和机械臂；其特征在于，该机器人还包括路况检测组件、出料组件、废气净化组件和控制系统；履带车底盘用于搭载各组件硬件装置，并在沥青路面早期裂缝及轻度坑槽养护过程中灵活移动，路况检测组件用于采集沥青路面早期裂缝及轻度坑槽信息，为建立3D数字模型提供依据，出料组件用于加热储存的固态沥青颗粒并按照3D打印路径规划和所需用量精确挤出，废气净化组件用于净化沥青加热过程中产生的烟气，控制系统确保机器人各组件在沥青路面早期裂缝及轻度坑槽3D打印养护修补中的协同运行。
[0009]所述履带车底盘为锂电池履带车，用于搭载机械臂、路况检测组件、出料组件、废气净化组件、控制系统的硬件装置，机械臂一号电机位于履带车底盘顶部，控制机械臂底盘在水平方向进行180度范围的旋转，二号电机位于机械臂底盘上部，控制机械臂大臂在竖直方向进行90度范围的旋转，三号电机位于机械臂大臂末端，控制机械臂小臂在竖直方向进行180度范围的旋转；
[0010]所述路况检测组件包括三个位置不同的3D激光扫描仪，能进行不同角度的3D激光扫描并与控制系统相配合构建沥青路面早期裂缝及轻度坑槽处的3D数字模型；
[0011]所述出料组件包括料仓、固态泵、输料管、输料管伸缩段、料筒、四号电机、绞龙、加热片、开关阀、挤出口和温度传感器；料仓侧面的固态泵通过输料管与料筒上端的进料口连接，料筒通过直角钢板上长端上的支架固定在机械臂小臂末端，支架上的环扣为两个被螺栓连接固定的半圆环；四号电机安装在直角钢板上短端的顶部，四号电机的输出轴穿透料筒顶部并伸入料筒内，绞龙固定在四号电机输出轴的末端；加热片安装在料筒的内壁上；温度传感器位于挤出口末端；
[0012]所述废气净化组件包括净化连接管、排气管、排气管伸缩段、板式吸收塔和活性炭箱；料筒顶部的出气口与板式吸收塔下部的进气口通过排气管连接，板式吸收塔上部的出气口与活性炭箱的下部的输入端通过净化连接管连接；
[0013]所述控制系统在路况检测组件构建沥青路面破损处3D数字模型后，将其导入到3D打印切片软件中，根据切片和路径规划结果，控制机械臂运动，同时开启料筒内壁的加热片，控制固态泵将固态沥青颗粒泵入料筒中，打开开关阀，随着四号电机带动绞龙旋转，在挤出口挤出熔融沥青。
[0014]该机器人的挤出口为螺口形式，配套设置有不同规格的出料管，出料管的挤出头包括圆形头、方形头或扁平头。
[0015]所述输料管邻近料筒的一部分为输料管伸缩段，排气管邻近料筒的一部分为排气管伸缩段。
[0016]该机器人用电均来源于履带车上搭载的锂电池，履带车顶的料仓、板式吸收塔和活性炭箱上部均安装有太阳能板，可将太阳能转化为电能为锂电池充电。
[0017]与现有技术相比，本技术的有益效果为：
[0018]本技术提供了一种沥青路面早期裂缝及轻度坑槽修补挤出式3D打印机器人设计构想，提出了一种能广泛应用于沥青路面破损处修补养护的高自动化水平、高精度、可控性强的修补方案；克服了现有龙门式三轴3D打印机器人用于沥青路面早期裂缝和轻度坑槽原位修补养护工程中缺乏机动性、灵活性、受三轴尺寸限制的问题；较传统的熔融沥青而言，本装置采用的固态沥青颗粒对储存和运输的条件要求较低，即用即熔，减轻了沥青储存和运输过程中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沥青路面早期裂缝及轻度坑槽修补挤出式3D打印机器人，包括履带车底盘和机械臂；其特征在于，该机器人还包括路况检测组件、出料组件、废气净化组件和控制系统；履带车底盘用于搭载各组件硬件装置，并在沥青路面早期裂缝及轻度坑槽养护过程中灵活移动，路况检测组件用于采集沥青路面早期裂缝及轻度坑槽信息，为建立3D数字模型提供依据，出料组件用于加热储存的固态沥青颗粒并按照3D打印路径规划和所需用量精确挤出，废气净化组件用于净化沥青加热过程中产生的烟气，控制系统确保机器人各组件在沥青路面早期裂缝及轻度坑槽3D打印养护修补中的协同运行。2.根据权利要求1所述的沥青路面早期裂缝及轻度坑槽修补挤出式3D打印机器人，其特征在于，所述履带车底盘为锂电池履带车，用于搭载机械臂、路况检测组件、出料组件、废气净化组件、控制系统的硬件装置，机械臂一号电机位于履带车底盘顶部，控制机械臂底盘在水平方向进行180度范围的旋转，二号电机位于机械臂底盘上部，控制机械臂大臂在竖直方向进行90度范围的旋转，三号电机位于机械臂大臂末端，控制机械臂小臂在竖直方向进行180度范围的旋转；所述路况检测组件包括三个位置不同的3D激光扫描仪，能进行不同角度的3D激光扫描并与控制系统相配合构建沥青路面早期裂缝及轻度坑槽处的3D数字模型；所述出料组件包括料仓、固态泵、输料管、输料管伸缩段、料筒、四号电机、绞龙...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚芳媛，程雪佼，刘江伟，黄志涵，王书岳，方冰杰，邓锐，拜佳威，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：新型
国别省市：